Shelford ble født i Chemung County, i delstaten New York, og var eldste sønn av Alexander Hamilton Shelford og Sara Ellen Rumsey Shelford. Etter ti års skolegang begynte han å undervise ved offentlige skoler i Chemung i 1894. Han gikk videre på Cortland Normal and Training School. Her var han elev i to år og tok et lærerkurs, og vendte tilbake for å undervisning i offentlige skoler fra 1897 til 1899. Fra 1899 til 1901 var han student ved West Virginia University. I sine studier ble han påvirket av onkelen, William E. Rumsey, som var assisterende statsentomolog. Han fikk i 1901 et stipend ved University of Chicago og etter det fikk han i 1903 en stilling som førsteamanuensis og lærer i zoologi, som han hadde frem til 1914. Mye av hans tidlige arbeider var sterkt påvirket av økologen Henry Chandler Cowles. Shelford skrev sin doktoravhandling om som beskrevet forholdet mellom bestander av Sandjeger-biller og utvikling av vegetasjon, et emne som interesserte Cowles. Han avla sin filosofisk doktorgrad den 11. juni i 1907. Den neste dagen giftet han seg med Mary Mabel Brun. De to fikk to barn.