Shields décrit le fait de regarder le film Space Camp à l'âge de 12 ans comme déclencheur de la question "Sommes-nous seuls?"[2]. Shields fréquente le Lycée de la Phillips Exeter Academy et obtient son diplôme en 1993. En tant qu'étudiante, elle-même et d'autres personnes intéressées par la physique se lèvent souvent tôt le matin pour regarder les lunes de Jupiter[3]. Après Exeter, Shields étudient au MIT, où elle obtient un diplôme en Sciences de la Terre, de l’Atmosphère et des Planètes[4],[5]. Alors qu’elle commence un doctorat en Physique, elle met ses études en pause pour s'inscrire à UCLA où elle obtient une maîtrise en théâtre. Elle joue pendant un certain temps, notamment dans le film Nine Lives, de 2005[6].
Shields travaille chez Caltech sur l’opérateur du service d’assistance du Spitzer Space Telescope. Cette expérience l'amène à auditionner et finalement co-animer une émission télévisée intitulée Wired Science, dirigée par PBS et Wired Magazine[5],[7]. Après avoir exploré de futures carrières dans la présentation de télé-science et ses intérêts dans la formation d’astronautes, Shields réalise qu’elle aura besoin d’un doctorat pour se développer davantage. Après une pause de onze ans, elle étudie à l'Université de Washington. Elle obtient une maîtrise en 2011, puis un doctorat en 2014 en astronomie et astrobiologie[8]. Victoria Meadows et Cecilia Bitz la conseillent, et sa thèse s'intitule L'effet des interactions étoile-planète sur le climat planétaire[9].
