Şəmsi Bədəlbəy oğlu Bədəlbəyli Şuşada anadan olub.

Azərbaycan Pedaqoji Texnikumunda (1927), Azərbaycan Dövlət Konservatoriyasının Xalq çalğı alətləri şöbəsində və Kompozisiya nəzəriyyəsi sinfində (1927-1932) təhsil alıb.

Tələbəlik illərində Azərbaycan Dövlət Dram Teatrında böyük qardaşı, bəstəkar və dirijor Əfrasiyab Bədəlbəylinin rəhbərlik etdiyi orkestrdə tar çalıb. “Gənc işçi” qəzeti redaksiyasında İncəsənət və ədəbiyyat şöbəsinin müdiri vəzifəsində çalışıb, tamaşalar haqqında məqalələri dərc olunub (1930-1932). 1932-ci ildə Azərbaycan Dövlət Dram Teatrında rejissor assistenti kimi işə başlayıb. 1933-cü ildə Azərbaycan Xalq Maarif Komissarlığı tərəfindən Moskvaya rejissorluq təcrübəsinə göndərilib. Moskvada Malı Teatrda “Don Karlos” (Şiller) tamaşasında Kote Marcanaşvilinin rəhbərliyi altında rejissor assistenti kimi təcrübə keçib. Həmçinin, İnqilab Teatrında rejissor A.Popovun yaradıcılıq emalatxanasında təcrübəsini zənginləşdirib, “Mənim dostum” (N.Poqodin) tamaşasının hazırlanmasında iştirak edib. Bakıya qayıtdıqdan sonra Azərbaycan Dövlət Dram Teatrında rejissor kimi fəaliyyətini davam etdirib (1936-1942). İkinci Dünya Müharibəsi illərində hərbi müxbir kimi İrana ezam edilib, orada “Vətən uğrunda” qəzetində ədəbi işçi kimi çalışıb, həm mədəniyyət mövzusunda məqalələr yazıb, həm də həvəskar aktyorlarla “Arşın mal alan” (Üzeyir Hacıbəyli), “Əlli yaşında cavan” (Zülfüqar Hacıbəyli), “Evli ikən subay” əsərlərini tamaşaya qoyub. 1943-cü ildə Bakıda Musiqili Komediya Teatrı yaradılıb və Şəmsi Bədəlbəyli geri çağırılaraq həmin teatra rejissor təyin edilib. Burada bədii rəhbər və direktor (1943-1949, 1956-1959, 1965-1974), Filarmoniyanın bədii rəhbəri və direktoru (1949-1956, 1974-1976), Azərbaycan Dövlət Akademik Opera və Balet Teatrının direktoru və baş rejissoru (1959-1965) olub. Teatr Cəmiyyətinin sədri olub (1976-1986). Dram Teatrında “Ölülər”, Оpera və Balet Teatrında “Kоrоğlu”, “Əsli və Kərəm”, “Sevilya bərbəri”, Musiqili Kоmediya Teatrında “Gözün aydın”, “Durna”, “Arşın mal alan”, “Hicran” əsərlərinə quruluş verib. 1957-ci ildə Türkmənistan Оpera və Balet Teatrında “Kоrоğlu” оperasını tamaşaya qоyulub.

Əməkdar incəsənət xadimi (1943), Xalq artisti (1964) Şəmsi Bədəlbəyli 1986-cı ildə vəfat edib, İkinci Fəxri Xiyabanda dəfn olunub.

Teatr rejissoru, aktyor Şəmsi Bədəlbəyli aktrisa Barat Şəkinskayanın həyat yoldaşı olub.
Teatr rejissoru, aktyor Şəmsi Bədəlbəyli musiqiçi Əfrasiyab Bədəlbəylinin qardaşıdır.
Teatr rejissoru, aktyor Şəmsi Bədəlbəyli bəstəkar Fərhad Bədəlbəylinin atasıdır.