Sossamon wurde in Honolulu, Hawaii, als Tochter von Sherry Sossamon und Todd Lindberg geboren und wuchs in Reno, Nevada, auf. Sie hat französische, hawaiianische, niederländische, englische, irische, philippinische und deutsche Wurzeln. Nach dem Schulabschluss zog Shannyn nach Los Angeles, wo sie eine Karriere als Tänzerin anstrebte. Sie trat in mehreren Fernsehwerbespots auf und arbeitete nebenbei als DJ in lokalen Clubs. 1999 entdeckte die Casting-Direktorin Francine Maisler Sossamon auf einer Geburtstagsparty für den Bruder von Gwyneth Paltrow, wo Shannyn dem DJ half.

Ihre erste Filmrolle war die weibliche Hauptrolle im Abenteuerfilm „Ritter aus Leidenschaft“. Für die Rolle der Jocelyn absolvierte sie fünf Vorsprechen. 2002 spielte Shannyn die Geliebte der Figur von Josh Hartnett in der romantischen Komödie „40 Tage und 40 Nächte“. Danach trat sie im Film „Die Regeln des Spiels“ auf, den Roger Avary nach dem Roman von Bret Easton Ellis drehte. Nach einer weiteren gemeinsamen Produktion mit Heath Ledger, „Sin Eater“, unterbrach Sossamon ihre Schauspielkarriere vorübergehend wegen einer Schwangerschaft. 2002 erhielt sie den Preis „Young Hollywood“. 2005 kehrte Sossamon zum Film zurück, obwohl ihre Rollen weniger auffällig wurden.

Die Schauspielerin spielte die Vampirin Coraline Duvall in der Serie „Moonlight“, die 2007–2008 auf dem Sender CBS lief.

In den Filmen „Wristcutters: A Love Story“ (2006) und „One Missed Call“ (2008) spielte Shannyn Sossamon die Hauptrollen. Außerdem hatte sie eine kleine Rolle in der im Dezember 2006 erschienenen romantischen Komödie „Liebe braucht keine Ferien“. 2007 trat Sossamon im Horrorfilm „Catacombs“ auf, in dem auch die Sängerin Pink mitspielte.