Шармила Тагор родилась в семье бенгальских брахманов, проживавшей в княжестве Хайдерабад (ныне штат Андхра-Прадеш). Её отец, Гитиндранат Тагор - внук известного художника Гаганендраната Тагора (англ.)русск., был заместителем генерального директора частной британско-индийской компании Elgin Mills. Её мать, Ира Баруа, имела ассамские корни со стороны отца. Оба её родителя происходили из семьи Тагоров, и являлись родственниками поэта и нобелевского лауреата Рабиндраната Тагора. После Шармилы у её родителей родились ещё две дочери: Оиндрила (в замужестве Кунду, под именем Тинку Тхакур сыграла роль маленькой девочки Мини в фильме «Кабулиец» режиссёра Тапана Синха (англ.)русск.) и Ромилла (в замужестве Сен). Когда ей было 7 лет, родители отправили её Калькутту в дом её деда, где она провела большую часть своего детства.
Шармила посещала Высшую Среднюю Школу Святого Епископа Иоанна для девочек. Но после того, как она начала сниматься в кино, директор школы попросил её оставить учебу, чтобы не оказывать дурного влияния на других учениц. Тогда она перешла в школу при монастыре Лорето в Асансоле. Из-за актерской карьеры ей также пришлось оставить колледж. Ныне Тагор является почетным доктором искусств Университета Напьер в Эдинбурге (англ.)русск..
Шармила вышла замуж за Мансура Али Хана (англ.)русск., наваба Патауди и бывшего капитана сборной Индии по крикету, с которым она познакомилась незадолго до своего 21-го дня рождения. Церемония никах прошла 27 декабря 1969 года, актриса приняла ислам и взяла имя Айеша Султана. У пары родилось трое детей: Саиф Али Хан (род. 1970), Саба Али Хан (род. 1976, дизайнер ювелирных украшений), и Соха Али Хан (англ.)русск. (род. 1978). Мансур Али Хан скончался 22 сентября 2011 года в возрасте 70 лет. После его смерти Шармила, совместно с друзьями и членами семьи, начала работать над его биографией. Книга «Pataudi: Nawab of Cricket», для которой Шармила Тагор написала, в том числе, предисловие, вышла в 2013 году.
Шармила Тагор начала карьеру актрисы в 1959 году в фильме Сатьяджита Рая «Мир Апу», где она сыграла юную жену главного героя, умирающую во время родов. Когда начались съемки, ей было только 13 лет. Сатьяджит, одним из преподавателей которого в Университете Висва-Бхарата был сам Рабиндранат Тагор, поддерживал тесную связь с семьей своего учителя, и, когда ему потребовалось свежее лицо для нового фильма, он предложил роль Шармиле. На съемочной площадке Раю пришлось подробно расписывать каждый её шаг и жест, так как на тот момент она ничего не знала об актёрском мастерстве, и даже носить сари ей пришлось срочно учиться у жены режиссёра. Её партнером по фильму был дебютант Сумитра Чаттерджи (англ.)русск.. Впоследствии, они вместе снялись ещё в нескольких фильмах Рая.
Режиссёр также пригласил Шармилу в его следующий фильм «Богиня», где она сыграла молодую жену, которую набожный свекор убедил, будто она является земным воплощением богини Кали, что вызвало у неё помутнение рассудка. После показа фильма в Нью-Йорке кинокритик Паулин Кейл описала Шармилу следующими словами: «Юная мисс Тагор изысканна и безупречна - слово, которое, как Вы знаете, я употребляю только в случае самой крайней необходимости».
Благодаря тому, что она имела стройную фигуру и внешность, не типичную для бенгалки, вскоре её пригласили работать в Болливуд, хотя хинди-произношение актрисы было ещё далеко от совершенства. В 1964 году Шакти Саманта (англ.)русск. дал ей роль в «Красавице Кашмира» с Шамми Капуром. Фильм имел огромный успех, и Шармила в одночасье стала одной из самых востребованных героинь в Бомбее. После этого она начала работать с такими выдающимися режиссёрами как Яш Чопра в «Испытании временем», Ришикеш Мукхерджи (англ.)русск. в «Анупаме» и Мохан Сегал в «Девере».
«Анупама» (англ.)русск. (1966) был первым фильмом Шармилы, показанным в СССР. Тагор сыграла девушку Уму, которую отец винит в смерти её матери, скончавшейся при родах. Её героиня - тихая, застенчивая не решается разговаривать с людьми, и единственными её собеседниками являются цветы и птицы. На съемках Шармиле Тагор пришлось отстаивать свою коронную прическу у режиссера картины и признанного лидера бомбейского кино Ришикеша Мукхерджи. Он представлял свою героиню «закрытой, погруженной в морок навязанного ей культурной традицией духовного самобичевания индийской девушкой и никак не мог согласиться, чтобы ее голову венчала эта новомодная копна с подложенным шиньоном». Но 19-летняя актриса смогла настоять на своём и не прогадала, густой ореол волос вокруг лица в сочетании задумчивым взглядом придал её образу больше загадочности.
В эти годы она стала самой загруженной актрисой в Бомбее. Но несмотря на занятость в Болливуде, она находила время и для бенгальских фильмов. Так в 1963 году она появилась в Sesh Anka, Nirjan Saikate, Chhaya Surjo, Barnali и Sesh Prahar. Sesh Anka был детективом, где она была в паре с маститым актером Утамом Кумаром (англ.)русск.. Однако рядом с ним Шармила была больше похожа на манекен, чем на живую героиню. В фильме Chhaya Surjo Партха Пратима Чаудхари (англ.)русск. она играла уже намного лучше. Но здесь режиссёр полностью контролировал её действия. В следующем году она снялась в трех бенгальских фильмах: Kinu Gowalar Gali, Prabhater Rang и Subha O Debotar Gras. Но только в последнем её исполнение роли заслуживало похвал, и это снова был фильм Партха Пратима Чаудхари. Спустя шесть долгих лет после «Богини», Сатьяджит Рай позвал ее на роль в фильме «Герой» (1966). Снова она играла с Уттамом Кумаром, но это была уже не та Шармила, что три года назад в Sesh Anka. И хотя на съемочной площадке руководил Рай, она не была марионеткой в руках режиссера, а демонстрировала собственный талант.
После «Героя», Шармила снялась «Вечер в Париже» (1967) снова с Шамми, где у неё была двойная роль. Одна из её героинь была девушкой из обеспеченной семьи, выросшей и воспитанной во французской столице, а другая - танцовщицей кабаре. В этом фильме она, одна из первых среди индийских актрис, появилась на экране в купальнике. Саманта рассказывал, что изначально Шармила хотела надеть бикини, но он настоял на более скромном слитном купальнике, чтобы пройти цензуру. Его опасения не были напрасными, хотя фильму присвоили рейтинг «Универсальный», при показе на телевидении эпизод с катанием на водных лыжах был вырезан, так как его сочли «вульгарным». Актриса же смогла воплотить свое желание появиться в бикини на обложке глянцевого журнала Filmfare. Рассказывая о том времени, Шармила говорит, что фотограф во время фотосъемки беспокоился о приличиях больше, чем она, и даже просил её прикрыть некоторые части тела в нескольких кадрах. Естественно, когда журнал появился в продаже в августе 1968 года, фотографии вызвали небывалый ажиотаж и даже обсуждение в правительстве Индии. Это сделало Тагор чем-то вроде секс-символа Болливуда, а также запустило волну ношения бикини актрисами дальше (Димпл Кападия в «Бобби» (1973), Зинат Аман в «В поисках любви..» и «Друзья навек» (1980), Парвин Баби в Yeh Nazdeekiyan (1982)).
Позже Саманта объединил Тагор с Раджешем Кханна для таких фильмов как «Преданность» (1969) и «Бессмертная любовь» (1972). Другие режиссёры тоже снимали их вместе в «Путешествие» (1970), «Выше Бога» (1972) и «Камень на сердце» (1973). В «Преданности» героиня Шармилы Вандана проходит путь от веселой и юной девушки к матери-одиночке, затем к заключенной, отбывающей срок за преступление, которого она не совершала и, наконец, к великодушной пожилой матери. За роль Вадханы она получила свою первую и единственную Filmfare Award. Это был пик её популярности и первый опыт работы совместно с кумиром того времени Раджешем Кханна. Сейчас на счету пары Раджеш-Шармила 6 кассовых хитов.
Тагор появлялась на экране и совместно с другими известными актерами Болливуда, например, в бомбейском боевике «Поверь в мечту» (1969) с Дхармендрой и в детективе «История любви» (1972) с Дилипом Кумаром. Шармила также образовала популярную пару с Шаши Капуром в «Испытание временем» (1965), «Лицом к лицу» (1967), «Приятная поездка» (1970), «Приди в мои объятия» (1973) и «Принц и нищий» (1974).
В 1970 году Сатьяджит Рай пригласил её для съемок фильма «Дни и ночи в лесу». Спустя 11 лет, она снова работала с Сумитрой Чаттерджи. В следующем году она появилась в ещё одном фильме того же режиссёра - «Компания с ограниченной ответственностью». Помимо работы у Рая, Шармила сыграла в таких бенгальских фильмах, как Mother, Kalankini Kankabati, Tanaya, Pratidan, Anurodh.
Высоко оценена была её работа в фильме Amanush Саманты, где на этот раз она действовала в качестве наставника Уттама Кумара, для которого это было возвращение в фильмы на хинди. После Тагор сыграла мать и дочь в фильме Гульзара 1975 года «Путешествии в прошлое» (в иных источниках «Погода»). Фильм был представлен на Filmfare Awards в 8 номинациях, в том числе и за лучшую женскую роль. Однако единственной наградой за эту картину для Тагор стала Национальная кинопремия Индии.
Шармила Тагор и Гириш Карнад на съемках Life Goes On
К 1979 году у актрисы было уже трое детей, и, чтобы уделять семье больше времени, она стала появляться на большом экране всё реже и реже. В 90-х годах Шармила играла второстепенные роли в таких фильмах как «Миссисипская масала» Миры Наир, «Влюбленный бродяга» (дебютный фильм её сына Саифа Али Хана), «Мятежная душа» Индры Кумара (англ.)русск. и «Биение сердца» Дармеша Даршана (англ.)русск..
В 2003 году она появилась в бенгальском фильме «Снова в лесу» Гаутама Гхоша (англ.)русск., продолжении «Дни и ночи в лесу» Рая. На этот раз она была уже в возрасте, но это не помешало ей передать сиквелу все нюансы оригинального фильма. Затем последовали два фильма на хинди совместно с Амитабхом Баччаном: «Найти справедливость» и «Эклавия – княжеский страж». За роль в первом из них она была номинирована на премию Filmfare за лучшую женскую роль. На тот момент ей было уже 60 лет, что сделало её самой старшей из всех актрис в момент номинации. Второй фильм примечателен тем, что Шармила Тагор в нем сыграла роль матери, а её сын Саиф Али Хан - роль сына. Фильм был выдвинут на Оскар как лучший фильм на иностранном языке, но так и не был номинирован.