Родился в 1910 году в Саарбрюккене на границе с Францией в семье фабриканта роялей Гвидо Шелленберга, где кроме него было ещё шестеро детей.

В 1923 году его родители, в результате войны оказавшись в стеснённом материальном положении, переселились в Люксембург, где находился филиал фабрики отца.

В 1929 году приступил к занятиям в Боннском университете. После некоторых колебаний — сначала поступил на медицинский факультет — молодой Шелленберг решил по настоянию отца, склонного к экономическим и гуманитарным наукам, заняться изучением права.

Окончил в 1933 году юридический факультет Боннского университета. Один из преподавателей уговорил его вступить в НСДАП (билет № 4504508) и СС (весна 1933, билет № 124817), объяснив, что это откроет ему путь к карьере. Доклады Шелленберга на тему развития германского законодательства привлекли внимание Рейнхарда Гейдриха, который предложил ему работу в своём ведомстве.

Шелленбергу также удалось войти в доверие к Гиммлеру. Однажды Шелленберг спас ему жизнь, схватив его за руку, когда тот неосторожно прислонился в полёте к незапертой двери самолёта.

С его именем связаны все крупнейшие разведывательные операции нацистской Германии.

В 1938 году по поручению Гейдриха Шелленберг разработал проект реформирования полицейского аппарата рейха. Однако проект был отклонён Гиммлером, опасавшимся конфликта по этому вопросу с Гессом.

По признанию Шелленберга, бывший белогвардейский генерал Скоблин передал начальнику разведбюро при германском МИДе Курту Янке и Гейдриху основу для «документов» о возможном союзе генералитетов вермахта и РККА, а также «заговоре» против Сталина, что впоследствии послужили основанием для «процесса Тухачевского». Шелленберг участвовал в передаче этих документов в Москву.

В сентябре 1939 года в ходе Польской кампании Шелленберг служил офицером для поручений при рейхсфюрере СС.

С 1 ноября 1939 по 1 июля 1941 года, в звании штурмбаннфюрера СС и правительственного советника, возглавлял отдел Е (контрразведка) в IV управлении РСХА (гестапо). Его непосредственным начальником был Мюллер, с которым у Шелленберга отношения не сложились.

Осенью 1939 года Шелленберг провёл операцию, получившую впоследствии название «Инцидент в Венло», по вскрытию методов работы секретных служб Великобритании, их взаимодействия со спецслужбами Нидерландов, связей с оппозицией в Германии. За успешное проведение операции Гитлер лично наградил Шелленберга Железным крестом I степени и пригласил на званый ужин в рейхсканцелярию.

2 июля 1941 года Шелленберг был переведён в VI управление РСХА (внешняя разведка) и занял пост заместителя начальника управления, фактически возглавил работу управления. 24 февраля 1943 года утверждён в должности начальника VI управления.

С осени 1941 года Шелленберг участвовал в разработке планов заключения сепаратного мира с западными союзниками. Ему было известно о контактах американского банкира Сталфорта с Ульрихом фон Хасселем, которому он сообщил, что президент Рузвельт готов протянуть руку немцам при условии физического устранения Гитлера.

В августе 1942 года Шелленберг сообщил о планах Гиммлеру. Тот сначала рассердился, но потом, успокоившись, поручил Шелленбергу продолжить работу в данном направлении.

Получив «добро» от Гиммлера, Шелленберг начал через посредников налаживать контакты с американской стороной, а также разрабатывать способы устранения Риббентропа. Наиболее успешным посредником Шелленберга стал принц Макс Эгон Гогенлоэ, который сам искал пути к сепаратному миру. Он также являлся доверенным лицом СД. Гогенлоэ вступил в контакт с человеком, имевшим связи с американцами в Лиссабоне (в документах СД он значился как Альфонсо). Одним из условий, выдвинутых американской стороной, была передача Гитлера в руки союзников живым; в противном случае становилась невозможной его десакрализация.

В ноябре 1942 года Гогенглоэ удалось установить контакт с руководителем американских секретных служб в Европе Алленом Даллесом.

Шелленберг также организовал интригу против министра иностранных дел Риббентропа. Ему удалось создать в министерстве группировку во главе со статс-секретарём бригадефюрером СА Мартином Лютером. Однако из-за нерешительности Гиммлера время было упущено, Риббентроп узнал о существовании группировки, её члены, включая Лютера, были арестованы и отправлены в концлагеря.

Переговоры же с Даллесом провалились из-за сопротивления британской стороны. Тогда Шелленберг расширил круг потенциальных переговорщиков, начав искать контакты с представителями нейтральных стран.

Шелленберг принимал активное участие в ликвидации советской разведывательной сети «Красная тройка» — части «Красной капеллы» на территории Швейцарии, которой руководил Шандор Радо (псевдонимы — Дора, Альберт). Ему удалось наладить контакты с начальником швейцарской секретной службы бригадным полковником Роже Массоном. Германия поставила швейцарской полиции пеленгаторы ближнего действия. Однако уже шёл 1943 год, а швейцарцы не «спешили» выполнить свои обещания по ликвидации «Красной тройки».

Чтобы «припугнуть» «нейтралов», был издан «бумажный приказ» о переброске в Швейцарию горнострелкового корпуса под командованием генерала Дитля. На самом деле к границам Швейцарии была на время перемещена только часть штаба генерала Дитля и проведена имитация передвижения воинских соединений к границам Конфедерации, только после этого швейцарская полиция вынуждена была принять активные действия, и «Красная тройка» к концу 1943 года фактически перестала существовать.

В феврале 1944 года Абвер был расформирован и часть его подразделений 1 августа 1944 года перешла под контроль Шелленберга в составе Военного управления РСХА.

В конце войны, когда крах нацистской Германии стал неизбежным, по заданию Гиммлера Шелленберг вступил в контакт с западными организациями.

После самоубийства Гитлера Шелленберг прибыл вместе с Гиммлером во Фленсбург, где находилось новое правительство во главе с гросс-адмиралом К. Дёницем (Гиммлер планировал назначить Шелленберга помощником министра иностранных дел).

3 мая 1945 года Шелленберг прибыл в Копенгаген для ведения переговоров о мире при посредничестве графа Фольке Бернадота (граф Висборгский), а 6 мая вылетел в Стокгольм, имея официальные полномочия на заключение перемирия в Скандинавии. Однако английское командование отклонило посредничество шведского Красного Креста, и последняя миссия Шелленберга провалилась.

После капитуляции Германии Шелленберг некоторое время жил на вилле Бернадота в Швеции. Однако уже в июне 1945 года союзное командование добилось его выдачи как военного преступника. В качестве обвиняемого привлечён к суду Международного военного трибунала в Нюрнберге по делу Вильгельмштрассе. В ходе судебного разбирательства с него были сняты все обвинения, кроме членства в преступных организациях. 11 апреля 1949 года приговорён к 6 годам тюремного заключения.

В декабре 1950 года по состоянию здоровья досрочно освобождён. Жил в Швейцарии, а затем был вынужден переехать в Италию. К концу жизни тяжело болел. Умер в возрасте 42 лет в Турине, в клинике Форнака, где готовился к операции на печени.