1966’da Gaziantep’te dünyaya geldi. İlk, orta ve lise öğrenimini Gaziantep’te, yükseköğrenimini İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya ve Metalürji Bölümü’nde tamamladı.
İş hayatına başladığı Gaziantep Organize Sanayi Bölgesinde 15 yıl boyunca İşletme Mühendisi ve İşletme Müdürü olarak çalıştı.
2001 yılında Adalet ve Kalkınma Partisi Gaziantep İl Kurucu Üyesi oldu. 2002 genel milletvekili seçimlerinde Gaziantep’ten ilk kadın milletvekili olarak seçildi. Parlamentoda 22. 23. ve 24’üncü dönem Gaziantep milletvekili olarak görev yaptı.
TBMM görev süresi boyunca, Sanayi Ticaret ve Enerji Komisyonu, Türk-AB Ortak Parlamento Komisyonu üyesi ve Kadın ve Çocuklara Yönelik Şiddet Araştırma Komisyonu Başkanlığı görevlerinde bulundu.
AK Parti Genel Merkez Kadın Kolları Başkanlığında bir dönem Teşkilattan Sorumlu Başkan Yardımcılığı, bir dönem de Siyasi İşlerden Sorumlu Başkan Yardımcılığını üstlendi. 2007-2011 yılları arasında AK Parti Genel Merkez Kadın Kolları Başkanı olarak görev yaptı.
2011 genel milletvekili seçimi sonrasında kurulan 61’inci hükümette Aile ve Sosyal Politikalar Bakanlığı Kurucu Bakanı olarak görevlendirildi. Böylelikle Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nin ilk kadın Bakanı unvanını aldı.
30 Mart 2014’te yapılan yerel seçimlerde Türkiye’nin ilk kadın büyükşehir belediye başkanlarından biri seçilerek Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanı oldu. 8 Mayıs 2018’de Türkiye Belediyeler Birliği Başkanlığı’na seçildi.
2016–2019 dönemi Asya Belediye Başkanları Forumu Başkanı, 2016 Birleşik Şehirler ve Yerel Yönetimler (UCLG) Başkan Yardımcısı ve Birleşik Şehirler ve Yerel Yönetimler Ortadoğu ve Batı Asya Bölümü (UCLG MEWA) Başkanı olarak görev yaptı.
Avrupa İmar ve Kalkınma Bankası (EBRD), Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanı Fatma Şahin’in girişimleriyle 2 Kasım 2021’de Gaziantep’i “Yeşil Şehir” ilan etti.
2021’de OECD Şampiyon Başkanlar Girişimi’ne Türkiye’den seçilen ilk belediye başkanı oldu.
2023’te Birleşmiş Milletler (BM) Genel Sekreteri António Guterres tarafından BM Yerel ve Bölgesel Yönetimler Danışma Grubu’na üye olarak atandı.
2019-2023 yılları arasında Türkiye Belediyeler Birliği Başkanlığı görevini yürüttü.
Evli ve iki çocuk annesi olan Şahin halen Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanlığı görevini sürdürmektedir.