تخرج كُنالطاي في كلية المعلم التركية، ثم سافر إلى سويسرا لدراسة الفيزياءبجامعة لوزان، ولدى عودته إلى تركيا عمل معلمًا ومدير مدرسة في عدد من المدارس الثانوية. وأثناء ذلك التقى المفكر القومي التركي ضياء كوك ألب (بالتركية: Ziya Gökalp) وتأثر بأفكاره، مما دفعه إلى البحث في التاريخ التركي. وفي سنة 1914 عين أستاذًا لتاريخ الأتراك والقبائل الإسلامية في كلية الآداب بجامعة إسطنبول، ثم تولى فيما بعد عمادة كلية الإلهيات بنفس الجامعة. تولى غونالطاي رئاسة الجمعية التاريخية التركية (بالتركية: Türk Tarih Kurumu) لمدة 20 عامًا (من سنة 1941 وحتى وفاته).
في أعقاب استقالة رئيس الوزراء حسن سقا، كلف الرئيس التركي عصمت إينونو كُنالطاي بتشكيل وزارة في 16 يناير1949، استمرت هذه الوزارة حتى تولى الحزب الديمقراطي بزعامة عدنان مندريس السلطة في 22 مايو1950 بعد نجاحه في الانتخابات العامة. وبذلك كان كُنالطاي هو آخر من شغل منصب رئيس الوزراء في حقبة الحزب الواحد بتركيا.
توفي شمس الدين كُنالطاي في إسطنبول في 19 أكتوبر1961 متأثرًا بمضاعفات سرطان البروستاتا، بعد فترة وجيزة من انتخابه عضوًا بمجلس الشيوخ عن محافظة إسطنبول، ولم يمهله القدر لتولي هذا المقعد. دفن كُنالطاي في أنقرة بجوار قبر ابنته، وفقًا لوصيته.