Shamir tog bachelor-examen i matematik vid universitetet i Tel Aviv 1973, och M.sc och Ph.D i datavetenskap vid Weizmanninstitutet i Rehovot 1975 respektive 1977. Han forskade 1977–1980 i USA vid MIT, men återvände sedan till Israel och blev medlem vid fakulteten för matematik och datavetenskap vid Weizmanninstitutet. År 2006 blev han gästprofessor vid École normale supérieure i Paris.
Shamirs forskningsinsatser inom kryptografin inkluderar metoder för att fördela hemlig information på många deltagare ("secret sharing"), knäckandet av krypteringsalgoritmen Merkle-Hellman, kryptering av bildinformation, metoder för faktorisering av stora tal, och matematisk komplexitetsteori.