همایون شجریان در تهران در خانواده‌ای اهل موسیقی متولد شد. وی فرزند محمدرضا شجریان است. همایون شجریان برادر کوچک مژگان شجریان است. او در سال ۱۳۷۵ با گیتا خوانساری ازدواج کرد که حاصل این ازدواج فرزندی به نام یاسمین است.

همایون از کودکی به موسیقی علاقه‌مند بود. تا آنکه با راهنمایی پدرش برای فراگیری تکنیک و شناخت ریتم زیر نظر ناصر فرهنگ‌فر آموزش دید. او همچنین مدتی آموختن موسیقی را زیر نظر جمشید محبی ادامه داد. او به همراه خواهرانش آواز را از پدرشان آموختند. در همان زمان به هنرستان موسیقی رفت و کمانچه را به عنوان ساز تخصصی خود انتخاب کرد. همایون در خارج از هنرستان نیز ساز مورد نظرش را زیر نظر اردشیر کامکار فراگرفت و با تار و سنتور هم به صورت گوشی آشنا شد.

او از سال ۱۳۷۰ محمدرضا شجریان را در کنسرت‌های آمریکا، اروپا و ایران (با تنبک) همراهی کرد و از ۱۳۷۸ به بعد در صحنهٔ کنسرت‌ها به هم‌خوانی با پدرش مشغول شد. اولین اثر با حضور او یاد ایام نام دارد که در آن، همایون تنبک‌نوازی را بر عهده داشت. همایون شجریان کنسرت‌های بسیاری را با چهره‌های شناخته‌شدهٔ موسیقی ایرانی اجرا کرده و آثار زیادی را به همراه آنان در ایران و جهان منتشر کرده‌است که از آن‌ها می‌توان به آلبوم کنسرت‌های «بی تو بسر نمی‌شود» و «فریاد» اشاره کرد. هر دوی این آلبوم‌ها در سال‌های ۲۰۰۳ و ۲۰۰۵ نامزد دریافت جایزه گرمی شدند.

همایون شجریان به آهنگسازی برای سایر خوانندگان نیز مشغول بوده‌است؛ از جمله، تصنیف «دل سِتان» با مطلع «ای کاروان آهسته ران» را برای «علیرضا افتخاری» در آلبوم «قصهٔ شمع» آهنگسازی کرده‌است.

اولین آلبوم همایون شجریان که به تنهایی خوانندگی آن را بر عهده داشت «نسیم وصل» نام دارد. آهنگ‌سازی این آلبوم را محمدجواد ضرابیان بر عهده داشت و 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 و در سال ۱۳۸۴ نقش خیال را به آهنگ‌سازی علی قمصری را منتشر و روانه بازار عرضه کرد که با استقبال فراوانی روبرو شد. پس از آن در مهرماه ۱۳۸۵ آلبوم با ستاره‌ها را که حاصل همکاری او با محمدجواد ضرابیان است، 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. همایون در سال ۱۳۹۰ آلبوم شوق‌نامه و ای جان جان بی من مرو را عرضه کرد. آلبوم شوق‌نامه به نوعی بازیابی تصانیف منسوب به عبدالقادر مراغه‌ای به حساب می‌آید که حاصل تلاش چهار ساله گروهی به سرپرستی محمدرضا درویشی است.

البته 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.