Ihre größten Erfolge hatte sie in den 1970er und 1980er Jahren mit zwei Rollen, die sie in insgesamt acht Filmen spielte: In allen drei Teilen der Trilogie ihres Bruders Francis Ford Coppola, also in Der Pate, Der Pate – Teil II und Der Pate III, verkörperte sie Vito Corleones Tochter Connie, und in fünf Rocky-Filmen spielte sie Adrian, die Ehefrau der Titelfigur Rocky Balboa. Beide Filmrollen brachten ihr 1975 und 1977 jeweils eine Oscar-Nominierung als Beste Nebendarstellerin (Der Pate) beziehungsweise für die beste weibliche Hauptrolle (Rocky) ein. Für Rocky erhielt sie 1976 auch den Preis als Beste Nebendarstellerin des New York Film Critics Circle.
Talia Shire war zweimal verheiratet: zuerst mit dem Komponisten David Shire, dann mit dem Filmproduzenten Jack Schwartzman, der 1994 an Krebs starb. Aus erster Ehe hat sie den Sohn Matthew Shire (* 1975), aus zweiter Ehe die beiden Söhne Jason Schwartzman (* 1980), Schauspieler und ehemaliges Mitglied der Band Phantom Planet, und Robert Coppola Schwartzman (* 1982), Schauspieler und Mitglied der Band Rooney. Zudem hat sie zwei Stiefkinder aus Jack Schwartzmans erster Ehe, den KameramannJohn Schwartzman (* 1960) und die Tochter Stephanie (* 1965).
