Shai Ben-David a obtenu son doctorat en mathématiques à l'Université hébraïque de Jérusalem et a été professeur d'informatique au Technion (Institut de technologie d'Israël). Au cours de sa carrière, il a occupé des postes de professeur invité à l'Université nationale australienne, à l'Université Cornell, à l'ETH Zurich, au TTI Chicago et à l'Institut Simons de Berkeley. Depuis 2004, il est professeur à l'École d'informatique David Cheriton de l'Université de Waterloo. Il a également présidé un comité de programme et a été membre du comité de programme principal de la Conférence internationale sur l'apprentissage automatique (ICML) et de la Conférence sur les systèmes de traitement de l'information neuronale (NIPS).

Les recherches de Shai portent sur divers sujets en théorie de l'informatique, notamment la logique, la théorie du calcul distribué et la théorie de la complexité. Au cours des dernières années, il s'est concentré sur la théorie de l'apprentissage automatique. Parmi ses contributions notables dans ce domaine figurent des avancées majeures dans l'analyse de l'adaptation de domaine, l'apprentissage des fonctions à valeurs réelles et la détection de changements dans les flux de données.

Dans le domaine de l'apprentissage non supervisé, Shai a apporté des contributions fondamentales à la théorie du regroupement et au développement d'outils d'aide à la sélection des algorithmes adaptés aux besoins spécifiques de chaque domaine. Il a aussi publié des travaux de référence sur la complexité moyenne, l'analyse concurrentielle et les solutions de rechange à la complexité dans le pire des cas.