1974 yılında İstanbul Üniversitesi Gazetecilik ve Halkla İlişkiler Fakültesi'ne giren sanatçı, öğrenimini yarıda bırakarak, Almanya'ya gitti ve Frankfurt'ta dil eğitimi aldı. Burada tiyatro ile ilgilenen Şamlıoğlu, amatör tiyatro topluluklarıyla çalışmalara katıldı. Türkiye'ye döndükten sonra ODTÜ Mimarlık Fakültesi'nde eğitim gören Ayşe Nil Şamlıoğlu, ikinci kez eğitimini yarıda bırakarak Anadolu Ajansı'nda bir yıl süreyle çalışmasının yanında, özel bir reklam  ajansında da çizimle ilgilendi. Hacettepe Üniversitesi Ankara Devlet Konservatuarı, Tiyatro  Bölümü mezunu olan Şamlıoğlu, 1982 yılında Adana Devlet Tiyatrosu'nda oyuncu ve yönetmen yardımcısı olarak göreve başladı.

1988 - 1989 yıllarında Hacettepe Üniversitesi'nde tiyatro dersleri veren sanatçı, bir dönem Devlet Tiyatroları Genel Sekreterliği görevinde bulundu. Tunç Başaran tarafından senaryolaştırılan ve yönetilip filme alınan Kaçıklık Diploması adlı bir eser yazan Ayşe Nil Şamlıoğlu'nun, asıl tanınışı Ferhunde Hanımlar ve Bizim Evin Halleri adlı dizilerdeki rolleriyle oldu. Yol Arkadaşım dizisinde canlandırdığı Hafize karakteri ile daha geniş kesimlerce tanındı. İstanbul Şehir Tiyatroları'nda ve Semaver Kumpanya gibi özel tiyatro topluluklarıyla da çalışan sanatçı, yönetmenlikle oyunculuğu bir arada yürütmektedir. Şamlıoğlu, 29 Mayıs 2009 tarihinde İstanbul Şehir Tiyatroları Genel Sanat Yönetmenliği görevine getirildi.