1966 yılında Gaziantep'te dünyaya geldi. İlk, orta ve lise öğrenimini Gaziantep'te tamamladı. Yükseköğrenimini İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya ve Metalürji Bölümü'nde tamamladı. Babası Mustafa Kıymık, annesi Perihan Kıymık'tır. 2 kız 1 erkek kardeşin en büyüğüdür.
İş hayatının başlarında özel bir şirkette 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. Türkiye Büyük Millet Meclisinde 22. 23. ve 24'üncü yasama dönemlerinde 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 yer aldı.
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.
Türkiye Engelliler Vakfı engelliler ile ilgili yaptığı çalışmalar nedeniyle Bakan Fatma Şahin‘i Yılın Kadını olarak seçti.
30 Mart 2014 tarihinde yapılan yerel seçimlerde Türkiye'nin ilk kadın büyükşehir belediye başkanlarından biri seçilerek Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanı oldu. 8 Mayıs 2018 tarihinde Türkiye Belediyeler Birliği Başkanlığına seçildi.
2016 – 2019 dönemi Asya Belediye Başkanları Forumu Başkanı, 2016-2019 dönemi Birleşik Şehirler ve Yerel Yönetimler (UCLG) Başkan Yardımcısı ve 2016-2019 dönemi Birleşik Şehirler ve Yerel Yönetimler Ortadoğu ve Batı Asya Bölümü (UCLG-MEWA) Başkanı olarak görev yapmıştır. Ayrıca 2014 yılından bu yana Avrupa Belediyeler ve Bölgeler Konseyi (CEMR) Başkan Yardımcısı olarak görev yapmaktadır.
Evli ve iki çocuk annesi olan Şahin halen Türkiye Belediyeler Birliği ve Gaziantep Büyükşehir Belediye Başkanlığı görevlerini sürdürmektedir.
