Nata in una famiglia di origine italiana (i suoi nonni paterni provenivano da Bernalda, provincia di Matera, mentre quelli materni da Napoli), è figlia del compositore Carmine Coppola e sorella del regista Francis Ford, nonché zia di Nicolas Cage e di Sofia Coppola. La madre si chiamava Italia Pennino, cognome che il personaggio di Talia porterà nel film Rocky. Come il nome della madre anche quello di Talia ricorda la terra di provenienza. Fin da giovane ebbe l'ambizione di diventare una famosa attrice, tanto che, sebbene il più famoso fratello Francis non fosse molto d'accordo, frequentò la Yale School of Drama. A metà del secondo anno lasciò tuttavia la scuola per trasferirsi nella terra delle celebrità, Hollywood.
Il padrino
Quando Ford Coppola firmò il contratto con la Paramount per girare Il padrino (1972), Talia riuscì ad ottenere la parte della giovane Connie Corleone, sebbene fossero forti le avversità del fratello che poco si fidava della sua serietà professionale. Per questo motivo nei titoli di coda venne presentata come Talia Shire e non Coppola. Ma la sua interpretazione fu davvero ammirevole, tanto che il fratello la richiamò non solo per il secondo film (1974) della serie, ma anche per il terzo (1990), con un ruolo sempre più importante e carismatico, dove diede sicuramente la sua migliore performance artistica. Per questo ruolo venne candidata al Premio Oscar come miglior attrice non protagonista nel 1975, al secondo capitolo della saga.
Rocky
Tra la fine degli anni settanta e il 1990, scelta nel cast della saga di Rocky da Sylvester Stallone, divenne famosissima al grande pubblico grazie al ruolo di Adriana, prima fidanzata e poi moglie del più famoso pugile del grande schermo. La sua ottima interpretazione le valse una candidatura all'Oscar e al Golden Globe 1977 come migliore attrice protagonista. Ricoprì il ruolo della moglie dello "Stallone italiano" fino a Rocky V (1990). Nel sesto episodio della saga, Rocky Balboa (2006), per dare un tono più drammatico e malinconico alla pellicola, Stallone decise di rendere vedovo il protagonista e non la fa recitare nel film. Per questa ragione Talia Shire nel ruolo di Adriana compare nel film solo in forma di ricordo (analessi) tramite alcune immagini e sequenze tratte dai precedenti episodi (nello specifico il primo, il secondo e il quarto capitolo).
Vita privata
Nel 1969, durante una festa, conobbe il giovane compositore David Shire, che sposò l'anno seguente. Da Shire ebbe un figlio, Matthew Orlando Shire. In seconde nozze, nel 1980, sposò Jack Schwartzman,[1] da cui ebbe altri due figli: l'ex batterista dei Phantom Planet e attore Jason Schwartzman; il cantante chitarrista Robert Schwartzman, componente del gruppo rock Rooney. La Shire è rimasta vedova nel 1994.