Шолбан Кара-оол родился 18 июля 1966 года в селе Чодураа, Улуг-Хемского района, Республика Тыва. Рос в интеллигентной семье обществоведов. Отец был директором школы, а потом и совхоза. Мать - учительница родного языка, обществовед-историк, активист женского движения.
Семья много переезжала по Тыве. Когда маленькому Шолбану было пять лет, они переехали в Кызыл-Даг Чаа-Хольского кожууна, где он отучился до второго класса. Потом переехали в Элегест Тандинского кожууна, отец работал там председателем сельсовета. Далее переехали в Кызыльский кожуун - в Черби, где учился он в шестом классе. В итоге окончил школу в Зубовке Каа-Хемского кожууна с золотой медалью, которая стала первой в истории школы.
С июня по август 1983 года Шолбан Кара-оол был спортивным инструктором Суг-Бажынской средней школы Каа-Хемского кожууна. С 1986 года по 1988 год проходил срочную службу в рядах Советской армии. Служил в Коми АССР, в Печоре, в ракетных войсках. Через полтора года службы, в 1987 году направили в Сарыгшаган, Кушку, Афганистан.
В 1990 году окончил философский факультет Уральского государственного университета имени А. М. Горького по специальности «Философ-политолог, преподаватель социально-политических наук в высших учебных заведениях». В 1993 году - очную аспирантуру Уральского государственного университета по специальности «Социология». С 1989 года по 1990 год работал стажером-преподавателем Дальневосточного государственного университета.
В 1996-1998 годах был заместителем председателя Фонда помощи семьям погибших, инвалидам и ветеранам войны в Афганистане. В апреле 1998 года избран депутатом, а затем - председателем Верховного Хурала Республики Тыва. С 1998 года по должности входил в состав Совета Федерации, являлся заместителем председателя Комитета по международным делам.
В декабре 2001 года сложил полномочия члена Совета Федерации в связи с избранием его представителем от Верховного Хурала Республики Тыва в соответствии с новым порядком формирования Совета Федерации. Впоследствии избирался депутатом Верховного Хурала Республики Тыва третьего созыва. В марте 2002 года баллотировался на выборах Главы Республики, но уступил победу бывшему президенту Тывы.
В дальнейшем занимал пост первого заместителя Председателя Правительства Республики Тыва, а затем, с сентября 2003 по январь 2005 года - министра торговли, бытового обслуживания и развития предпринимательства Республики Тыва.
В апреле 2007 года Президент России Владимир Путин внес на рассмотрение парламента Республики Тыва кандидатуру Шолбана Кара-оола для наделения его полномочиями председателя правительства республики Тыва. Уже 6 апреля Великий Хурал Тывы утвердил Кара-оола в должности. вступление в должность состоялось 18 мая 2007 года.
Из трех претендентов Дмитрий Медведев выбрал Шолбана Кара-оола и 25 февраля 2012 года внес его кандидатуру на рассмотрение депутатов парламента для продления его полномочий. Верховный Хурал - парламент Тывы, 2 марта утвердил кандидатуру Кара-оола единогласно.
В мае 2016 года Кара-оол Шолбан Валерьевич подал в отставку по собственному желанию, которая была принята Президентом России. В тот же день Указом Владимира Путина был назначен временно исполняющим обязанности Главы Республики Тыва. С сентября 2016 года был вновь избран Главой Республики Тыва.
Президент России Владимир Путин 7 апреля 2021 года подписал указ о досрочном прекращении полномочий главы Республики Тыва Шолбана Кара-оола. Он отправлен в отставку по собственному желанию. Временно исполняющим обязанности руководителя региона назначен бывший мэр Кызыла Владислав Ховалыг.
Кара-оол за период руководства регионом неоднократно награждался государственными наградами. Его наградили орденом Славы и чести РПЦ II степени, медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени, орденом Дружбы и медалью Минобороны «За вклад в укрепление обороны РФ. Он так же является Действительным государственным советником Республики Тыва 1 класса.
Считалось, что Кара-оола поддерживает министр обороны Сергей Шойгу, имеющий официальный статус «друга Путина». Кроме этого, последние годы Путин с завидной регулярностью выбирал Туву местом своего отпуска, последний раз он прилетал в республику буквально пару недель назад, что косвенно указывало на прочность позиций главы региона.
Население Тувы - порядка 315 тысяч человек. Большую часть жителей составляют тувинцы (82%). Доля русских - 16,3%. Основной экономики является скотоводство и горнодобывающая промышленность, при этом главной проблемой региона считается слабая транспортная инфраструктура.
Часто журналисты утверждали, что столица республики Кызыл возглавляет рейтинг самых опасных городов России с наибольшим количеством убийств на душу населения, в регионе процветает рэкет и национализм. По данным Генпрокуратуры РФ, регион действительно с большим отрывом лидирует по количеству зарегистрированных убийств и покушений на убийство.
Некоторые эксперты также полагают, что «стул» под Кара-оолом закачался после того, как он в соцсетях выдвинул территориальные претензии соседним регионам. Главы Тувы тогда посчитал, что часть земель Красноярского края и Иркутской области при внесении в государственный реестр недвижимости должна вернуться республике. Речь идет о горных участках, на которых располагаются минеральные источники.
Семья Шолбана Кара-оола:
Отец - Кара-оол Валерий Ховалыгович, - директор школы, председатель сельсовета сел Элегест, Суг-Бажы, Черби.
Мать - Кара-оол Анай Балчировна, - учительница родного языка, обществовед-историк.
Брат - Кара-оол Леонид Валерьевич, - бывший депутат Верховного хурала Тывы, предприниматель.
Брат - Кара-оол Юрий Валерьевич, - депутат Законодательной палаты Верховного Хурала Тувы, председатель региональной группы «Единой России». Возглавляет тувинскую республиканскую общественную организацию ветеранов войн «Боевое братство».
Жена - Серен Лариса Саган-ооловна - врач по образованию, предприниматель.
Дети: две дочери - Чинчилей, род. 1990, Долгармаа, род. 1998, - и сын Валерий.