همایون شجریان در ۳۱ اردیبهشت ۱۳۵۴ در تهران در خانوادهای سرشار از موسیقی متولد شد. وی فرزند محمدرضا شجریان است و از کودکی علاقه به موسیقی و ریتم در او نمایان بود تا آن که با تشخیص پدر نزد ناصر فرهنگفر به فراگیری تکنیک و شناخت ریتم که اساس موسیقی است پرداخت و چند سالی هم آموختن را نزد جمشید محبی ادامه داد. از دهسالگی به همراه خواهرانش نزد پدر آواز را شروع کرد و در دوران بلوغ روزانه تکنیک آواز و صداسازی را بهصورت فشرده فراگرفت. در همان زمان به هنرستان موسیقی رفت و کمانچه را به عنوان ساز تخصصی خود انتخاب کرد و در خارج از هنرستان به ادامهٔ فراگیری آن نزد اردشیر کامکار و آشنایی با تار و سنتور به صورت گوشی پرداخت.
همایون شجریان برادر کوچک مژگان شجریان در سال ۱۳۷۵ با گیتا خوانساری ازدواج کرد.
حاصل ازدواج همایون شجریان و گیتا خوانساری فرزندی با نام یاسمن است که در سال ۱۳۸۷ متولد شد.
همایون شجریان در سال ۱۳۹۴ به صورت رسمی از همسر خود گیتا خوانساری جدا شد.
او از سال ۱۳۷۰ بههمراه محمدرضا شجریان در کنسرتهای آمریکا، اروپا و ایران (با تنبک) همراهی کرد و از ۱۳۷۸ به بعد در صحنهٔ کنسرتها به همخوانی با پدرش پرداخت. اولین اثر با حضور او یاد ایام نام دارد که در آن اثر همایون شجریان تنبک نوازی را بر عهده داشتهاست. همایون شجریان کنسرتهای بسیاری را با بزرگان موسیقی اجرا کرده و آثار زیادی را به همراه آنان در ایران و جهان منتشر کردهاست که میتوان به آلبوم کنسرتهای «بی تو بسر نمیشود» و «فریاد» اشاره کرد که هردو اثر در سالهای ۲۰۰۳ و ۲۰۰۵ نامزد دریافت جایزه گرمی شدند.
اولین آلبوم همایون شجریان که به تنهایی خوانندگی آن را بر عهده داشت «نسیم وصل» نام دارد که آهنگسازی آن را محمدجواد ضرابیان بر عهده داشتهاست در سال ۱۳۸۲ منتشر شد. این سرآغازی بود بر اجرای کنسرتها و آلبومهای مستقل او.
وی پس از آن در سال ۱۳۸۳ دو آلبوم شوق دوست و ناشکیبا را منتشر کرد و در سال ۱۳۸۴ نقش خیال را به آهنگسازی علی قمصری به بازار عرضه کرد. پس از آن در مهرماه ۱۳۸۵ آلبوم با ستارهها که حاصل همکاری او با محمدجواد ضرابیان میباشد را به بازار عرضه کرد. در سال ۱۳۸۷ دو آلبوم قیژک کولی و خورشید آرزو را با همکاری گروه دستان منتشر کرد. او آب، نان، آواز را به آهنگسازی علی قمصری در سال ۱۳۸۸ و آلبوم شب جدایی را در سال ۱۳۸۹ منتشر کرد. در سال ۱۳۹۰ او آلبوم شوقنامه و ای جان جان بی من مرو را عرضه کرد. آلبوم شوقنامه به نوعی بازیابی تصانیف منسوب به عبدالقادر مراغهای است که حاصل ۴ سال تلاش گروهی به سرپرستی محمدرضا درویشی است.
همایون شجریان تا سال ۱۳۸۸ پدرش را در اجراها همراهی میکرد. این دو مدت زمانی عضو گروه آوا بودند و در این دوران دو آلبوم غوغای عشقبازان و کنسرت محمدرضا شجریان و گروه آوا اجرا و به بازار عرضه شدند.
ترانه «وطن» بر اساس شعری با همین نام از سیاوش کسرایی از کارهایی بود که همایون شجریان چندی قبل از خرداد ۱۳۸۸ منتشر کرد.
در اسفند ۱۳۹۷ گواهینامه درجه یک هنری (معادل مدرک تحصیلی دکتری) در رشته «آواز» توسط وزارت فرهنگ و ارشاد به همایون شجریان اعطاء شد.