Az „üstökösvadász” nevet kapta, 32 üstököst és több, mint 800 aszteroidát fedezett fel. A Chico State egyetemen történelmet, politikatudományt és angol irodalmat tanult, végzés után, pár év tanítás után döntött úgy, hogy a tanári pálya nem neki való. Gene Shoemakerrel kötött házassága után kezdett érdeklődni a csillagászat iránt, az évek során komoly tapasztalatokat szerzett, együtt dolgoztak a Lowell obszervatóriumban. 1980-ban vendégprofesszor, 1989-ből kutató volt a Northern Arizona egyetemen. Férjével és egy másik kutatóval közösen 1993-ban találták meg a róluk elnevezett Shoemaker-Levy 9 üstököst. Több egyetem tiszteletbeli doktora, 1995-ben ő volt az Év tudósa, 1996-ban megkapta az Exceptional Scientific Achievement Medal-t.