Shirley Temple nasce a Santa Monica, oggi sobborgo di Los Angeles, da George Francis Temple (1888–1980), un affarista e banchiere, e Gertrude Amelia Krieger (1893–1977), una casalinga ex-ballerina; ha due fratelli maggiori, Jack (1915-1985) e George Jr. (1919-1996). Gertrude, riversando sull’unica figlia femmina le sue ambizioni di ballerina mancata, inizia a farla partecipare a continue audizioni nella vicina Hollywood.
La piccola Shirley ha da poco imparato a camminare quando a soli tre anni prende lezioni di ballo alla Meglin’s Dance School di Los Angeles. La sua carriera cinematografica comincia quando Charles Lamont, un direttore della Educational Pictures, visita la sua classe. Benché Shirley si nascondesse dietro un pianoforte, fu scelta da Lamont, invitata alle audizioni, quindi assunta dalla Educational.
Temple lavorò per la Educational dal 1931 al 1934, apparendo in due serie prodotte dallo studio. La sua prima serie, Baby Burlesks, satireggiava recenti produzioni cinematografiche ed eventi politici. Temple e i suoi colleghi erano vestiti spesso solo di un pannolino, o in alternativa indossavano indumenti da adulti. A causa dell’esposizione di giovani bambini in atteggiamenti da adulti, la serie è considerata controversa. La sua seconda serie per la Educational, Frolics of Youth, fu un po’ più accettabile, e la mostrava come la sorellina pestifera di un ragazzo in una famiglia della periferia suburbana.
Con i suoi primi lavori cinematografici, anche il suo look cambiò: Shirley aveva infatti i capelli castani scuri e quasi lisci e diventò biondissima e tutta riccioli. Questo aspetto fu suggerito dai produttori, che si ispirarono a Mary Pickford, e la madre iniziò a sistemare ogni mattina i capelli della sua bambina in 56 boccoli perfetti.
Mentre lavorava per la Educational Pictures, Temple fece molte comparsate in film di altri studios. Per anni si è affermato che le fu offerto un ruolo di rilievo nella serie Our Gang di Hal Roach (conosciute come Simpatiche Canaglie) nei primi anni trenta, ma che, per varie motivazioni, non ebbe mai la parte. Roach affermò che Shirley e sua madre non furono in grado di realizzare un nastro per l’audizione, mentre il produttore/direttore Robert F. McGowan afferma che lo studio voleva assumere la Temple, ma che la madre richiese per Shirley un contratto da star. Temple, nella sua autobiografia Child Star, nega di aver mai partecipato ad una audizione di Our Gang.
Nei primi film che la Temple avrebbe realizzato per le major, si sarebbe dimostrata capace di danzare e di eseguire complicate coreografie di tip-tap, accanto ad un ballerino come Bill “Bojangles” Robinson nel Il Piccolo colonnello, La piccola ribelle, Rondine senza nido, e Dietro l’angolo. Fu Robinson stesso a sviluppare la scenografia per molti dei suoi film.
Temple avrebbe poi interpretato film con Cary Grant, John Wayne, Henry Fonda, Ronald Reagan, Gary Cooper, Randolph Scott, Robert Young, Carole Lombard, Jimmy Durante, Joel McCrea, Claire Trevor, Claudette Colbert, Myrna Loy, Joseph Cotten, Robert Walker, Victor McLaglen, James Dunn, Buddy Ebsen, Adolphe Menjou, Lionel Barrymore, Robert Taylor, Joan Crawford, e tanti altri.
Dopo la sua apparizione in Il trionfo della vita (Stand Up and Cheer!), un film di propaganda rooselveltiana con James Dunn, Temple fu scritturata dalla Fox Film Corporation (che successivamente si fuse con la 20th Century Pictures per diventare la 20th Century Fox) alla fine del 1933.
Successivamente, sarebbe apparsa in coppia con Dunn in innumerevoli film, come Piccola stella (Baby take a bow) o, in particolare, lo strappalacrime La mascotte dell’aeroporto (Bright Eyes), prodotto da Sol M. Wurtzel, che le valse un Oscar giovanile (premio inventato appositamente per lei). Fu questo il film che salvò la Fox dalla bancarotta nel 1934, all’apice della Grande depressione. In questo film Temple cantò per la prima volta la canzoncina che sarebbe diventata uno dei suoi cavalli di battaglia, On the Good Ship Lollipop. A questo seguì ben presto Riccioli d’oro (Curly Top), nel quale canta un’altra celebre canzone, Animal Crackers in My Soup.
Durante questo periodo, il punto più profondo della Grande Depressione, i suoi film portavano nella popolazione, afflitta dalla catastrofe economica, speranza ed ottimismo, al punto che il presidente Franklin D. Roosevelt in persona proclamò: “finché il nostro Paese avrà Shirley Temple, noi staremo bene” (“as long as our country has Shirley Temple, we will be all right”). Sempre Rooselvelt sollecitò l’attenzione del governo nei confronti delle produzioni cinematografiche, denotandone l’importanza allo scopo di creare un'”atmosfera” favorevole alla ripresa (“è meraviglioso” disse “che per pochi centesimi ogni americano possa entrare in un cinema e vedere il sorriso di una bimba che gli ridarà la forza di andare avanti”).
In 16 dei 20 film che Temple fece per la Fox, interpretò personaggi con almeno un genitore morto. Ciò faceva parte della formula dei suoi film, che incoraggiavano il pubblico adulto ad identificarsi con il suo genitore.
Temple divenne l’attrice più pagata della Fox. Il suo contratto fu rinnovato innumerevoli volte tra il 1933 ed il 1935, ed ella fu anche scritturata dalla Paramount per due suoi film di successo, nel 1934: Little Miss Marker e Rivelazione. Per ben quattro anni di seguito, fu al top delle star più pagate di Hollywood, e la Fox le diede 20.000 dollari alla settimana. Nella categoria femminile, la Temple era di gran lunga al di sopra di Greta Garbo, mentre solo Cary Grant la superava in termini assoluti.