На экране впервые появилась в роли Elizabeth Findlay в картине «Shadow of the Stone», снятой в 1987 году. Затем Ширли Хендерсон долгое время играла в театре. Снова сниматься в кино Ширли Хендерсон начала лишь в 1990 году, появившись в фильме «Пожелай мне удачи». В 1991 году Shirley Henderson была приглашена на роль Салли в ленте «Кларисса», ее партнером по съемочной площадке был Шон Бин. В 90-е годы Ширли Хендерсон совмещала съемки на телевидении с работой в Лондонском национальном театре. В 1995 году она получила предложение на роль в историческом кинофильме «Роб Рой» режиссера Майкла Кейтона-Джоунса, экранизации романа Вальтера Скотта. Работая над этой картиной, Ширли Хендерсон снималась с такими известными актерами, как Тим Рот, Лиам Нисон и Джессика Лэнг. А год спустя вышла в прокат культовая драма «На игле», по одноименной повести Ирвина Уэлша, снятая под руководством режиссера Дэнни Бойла. В 1999 году Ширли Хендерсон участвовал в съемках сразу двух фильмов. Это были комедия «Кутерьма» режиссера и сценариста Майкла Ли и драма «Страна чудес» режиссера Майкла Уинтерботтома.
Shirley Henderson много снималась в авторских работах независимых режиссеров. Однако в списке ее работ есть и такие блокбастеры, как приключенческая сказка-сага «Гарри Поттер и Тайная комната» и «Гарри Поттер и Кубок огня». В биографическом фильме «Мария-Антуанетта» Софии Копполы Ширли Хендерсон играла Софию Французскую, а также снималась в роли Джут в романтической комедии «Дневники Бриджит Джонс».
Ширли Хендерсон много раз была номинирована на звание «Лучшей актрисы второго плана». В 1999 году за роль в «Кутерьме», в 2001 году – за работу в картине «Круглосуточные тусовщики» и в 2003году – за съемки в «Разрыве». В 2002 году Shirley Henderson была удостоена Королевским телевизионным обществом звания «Лучшая актриса». В 2004 году газета «Sunday Times» назвала ее актрисой года за роль Элис в телепроекте «Американские кузены». В 2005 году Ширли Хендерсон получила главную британскую кинопремию «BAFTA» за победу в номинации «Лучшая актриса» (роль в шотландской ленте «Наваждение»).
