سید شهاب الدین حسینی تنکابنی درسال ۱۳۵۲ در تهران متولد شد. او اولین فرزند خانواده اش است و یک برادر و دو خواهر دارد. تحصیلات دانشگاهی او دررشته روانشناسی دانشگاه تهران بود که آن را به قصد مهاجرت به کانادا ناتمام گذاشت.
شهاب حسینی در سال ۱۳۷۴ ازدواج کرد، فرزند اولشان به نام محمدامین در زمستان ۱۳۸۲ و فرزند دومشان به نام امیرعلی در تابستان ۱۳۹۰ به دنیا آمدند. کار خود را با تئاتر دانشجویی و سپس گویندگی رادیو آغاز کرد، سپس در برنامه‌ای به نام “اکسیژن” درتلویزیون ظاهرشد.
وی بخاطر بازی در فیلمهای سینمایی واکنش پنجم و شمعی در باد و محیا مورد توجه قرار گرفت، درسال ۱۳۸۶ برای فیلم محیا از جشنواره بین‌المللی فیلم فجر، موفق به کسب دیپلم افتخار بهترین بازیگر نقش اول مرد شد، و در سال ۱۳۸۷ در همین جشنواره برای فیلم سوپراستار سیمرغ بلورین بهترین بازیگر نقش اول مرد را دریافت کرد. همچنین وی به خاطر فیلمهای پرسه در مه و درباره الی بازیگر مرد برگزیده چهاردهمین جشن بزرگ سینمای ایران نیز بود. حسینی به همراه چندی از دوستانش و همچنین برادرش سید مهدی حسینی، گروه موسیقی هفت را تاسیس کردند. تا کنون چهار مجموعه آهنگ از این گروه منتشر شده‌است که شهاب حسینی در آلبوم یک و دو به دکلمه پرداخته و درآلبوم سه و چهار خوانندگی کرده‌است.
شهاب حسینی در جشنواره فیلم کن ۲۰۱۶ با ایفای نقش در فیلم فروشنده به کارگردانی اصغر فرهادی، توانست جایزه بهترین بازیگر مرد جشنواره فیلم کن را به خود اختصاص بدهد. همچنین او خرس نقره‌ای بهترین بازیگر مرد جشنواره بین‌المللی فیلم برلین ۲۰۱۱ را به‌همراه گروه بازیگران فیلم جدایی نادر از سیمین کسب کرد.
شهاب حسینی در جشنواره فیلم کن ۲۰۱۶ با ایفای نقش در فیلم فروشنده به کارگردانی اصغر فرهادی، توانست جایزه بهترین بازیگر مرد جشنواره فیلم کن را به خود اختصاص بدهد. همچنین او خرس نقره‌ای بهترین بازیگر مرد جشنواره بین‌المللی فیلم برلین ۲۰۱۱ را به‌همراه گروه بازیگران فیلم جدایی نادر از سیمین کسب کرد.