Donnie Shell stiess als ungedrafteter Rookie von der kleinen South Carolina State University – die aber in seiner Generation mit dem späteren Giants-Linebacker Harry Carson einen weiteren Hall of Famer hervorbrachte – zu den Pittsburgh Steelers. Deren Defense gehörte bereits damals zu den besten der NFL-Geschichte und Shell wurde deshalb anfänglich vor allem in den Special Teams eingesetzt, kam aber bereits als Rookie zu einigen Starts im Defensive Backfield. Bei den beiden ersten Super Bowl-Siegen der Steelers 1974 und 1975 kam er als Backup zum Einsatz.

Den definitiven Durchbruch schaffte Donnie Shell dann in der Saison 1977 als er Glen Edwards als Strong Safety ablöste. Ab da war er für ein Jahrzehnt aus der Startformation der Steelers nicht mehr wegzudenken und erhielt zwischen 1978 und 1982 fünf Pro Bowl-Berufungen in Folge. Und bei den nächsten beiden Super Bowl-Siegen der Steelers 1978 und 1979 stand er dann auch als Starter auf dem Platz.

Donnie Shell machte sich während seiner NFL-Karriere einen Namen als Ballhawk: In jeder seiner 14 Saisons fing er mindestens je eine Interception, die allererste gleich bei seinem ersten Start. In fünf Saisons war er in dieser Kategorie jeweils der beste Spieler seines Teams. 1981 fing er in einem Spiel gegen den Erzrivalen Cleveland Browns gleich drei gegnerische Pässe ab. Als erster Strong Safety der NFL-Geschichte übertraf er die Marke von 50 Interceptions und lag bei seinem Rücktritt mit 51 Interceptions nur knapp hinter Mel Blount und Jack Ham an dritter Stelle der ewigen Bestenliste der Steelers. Shell hatte darüberhinaus aber auch eine Nase für Fumbles: Er eroberte 19 gegnerische Fumbles, die zweitbeste Leistung in der Steelers-Teamgeschichte.

Der Strong Safety war bei Gegner zudem als harter Tackler gefürchtet, wo er Jahr für Jahr zu den erfolgreichsten Defensive Backs gehörte. Und trotz seiner harten Spielweise erlitt Shell während seiner ganzen Karriere keine ernsthafte Verletzung, verpasste in 14 Saisons nur gerade acht Spiele. Mit 201 Partien stand er lange Zeit hinter Center Mike Webster an zweiter Stelle bezüglich gespielten Partien in der Teamgeschichte.

Nach der Saison 1987 erklärte Donnie Shell seinen Rücktritt, blieb der NFL aber auf der Management-Stufe treu: Von 1994 bis 2009 war der Director of Player Development der Carolina Panthers. 2020 wurde er schliesslich in die Hall of Fame gewählt.