Şemsettin Günaltay, Lozan Üniversitesi Doğa Bilimleri bölümünden mezun oldu. Yurda dönünce çeşitli liselerde müdürlük yaptı ve bu sırada tanıştığı Ziya Gökalp'in etkisiyle Türk tarihini araştırmaya başladı. 1914'te Darülfünun'daki ıslahat çalışmaları sırasında Edebiyat Fakültesi Türk tarihi ve İslam kavimleri tarihi profesörü, daha sonra da İlahiyat Fakültesi dekanı oldu. 1914-1918 yılları arasında Osmanlı Meclis-i Mebusanı Ertuğrul Sancağı'ndan Bilecik mebusu seçilerek Meclis-i Mebusan'a girdi ve Meclis dağılana kadar bu görevde kaldı.

Bir süre İstanbul Belediye Meclisi'nde üyelik ve başkan vekilliği de yapan Günaltay, Anadolu ve Rumeli Müdafaa-i Hukuk Cemiyeti'nde görev aldı. II.(ara seçim), III., IV., V., VI. ve VII. Dönem Sivas, IX. Erzurum milletvekilliği yapan Şemsettin Günaltay, 1949'da Hasan Saka'nın istifası üzerine başbakanlığa getirilmiş ve Demokrat Parti iktidarına kadar bu görevini sürdürmüştü. CHP İstanbul il başkanlığı ve Kurucu Meclis üyeliği de yapan Günaltay, 1961'de İstanbul senatörü seçildi, ancak göreve başlayamadan öldü. 1941'den ölümüne dek Türk Tarih Kurumu'nun başkanlığını yapmıştır.

Şemsettin Günaltay, 19 Ekim 1961'de Ortaköy Şifa Yurdu'nda prostat kanserinden öldü. Cenazesi İstanbul Üniversitesi'nde yapılan bir törenden sonra vasiyeti üzerine Ankara'da Cebeci Asri Mezarlığı'nda kızının yanında toprağa verildi.