شجاع خلیل‌زاده از سال ۱۳۸۷ تا ۱۳۸۹ در باشگاه مس رفسنجان، ۴۲ بازی رسمی انجام داد و یک گل هم زد.[۲]
مس کرمان
او پس از جدایی از مس رفسنجان به مدت ۳ فصل در مس کرمان حضور داشت و با نمایش موفق خود در ۷۴ بازی رسمی که انجام داد مورد توجه تیم‌های مطرح لیگ برتر قرار گرفت.
سپاهان
شجاع خلیل‌زاده برای سپاهان ۵۸ بازی رسمی انجام داده‌است و یک فصل هم برای گذراندن سربازی به تراکتورسازی (به صورت قرضی) منتقل شد.[۳]
خلیل‌زاده در حال بازی برای پرسپولیس برابر پیکان در سال ۱۳۹۷
شجاع خلیل‌زاده در فصل ۱۳۹۶–۹۷ لیگ برتر فوتبال ایران، با قراردادی ۲ ساله به باشگاه فوتبال پرسپولیس پیوست؛[۵] شجاع خلیل‌زاده که فصل قبل (۱۳۹۵–۹۶) در تیم فوتبال سپاهان توپ می‌زد و شایعات زیادی پیرامون حضورش در تیم فوتبال پرسپولیس مطرح بود، با نظر مستقیم برانکو ایوانکوویچ، سرمربی وقت این تیم، توسط پرسپولیس جذب شد. او در اولین بازی خود در لیگ برتر برای پرسپولیس، توانست اولین گل خود را برای پرسپولیس مقابل فولاد خوزستان بزند.[۶]
دومین گل شجاع خلیل‌زاده برای پرسپولیس در لیگ قهرمانان آسیا و در بازی رفت پرسپولیس و الاهلی به ثمر رسید؛ او با ضربهٔ سر دروازه الاهلی را به شکلی زیبا باز کرد که بعداً این اتفاق به شدت مورد توجه عربستانی‌ها و هواداران الهلال عربستان قرار گرفت.[۷]
الریان قطر
خلیل‌زاده در ۲ آبان ۱۳۹۹ با قراردادی دو ساله به الریان قطر پیوست.[۸]
الاهلی قطر
شجاع خلیل‌زاده در ۱۷ خرداد ۱۴۰۱ ، با عقد قراردادی به تیم الاهلی قطر پیوست.[۹]
دوران ملی
خلیل‌زاده در بازی ایران برابر لبنان، ۲۰ آبان ۱۴۰۰
شجاع خلیل‌زاده برای نخستین بار در سال ۱۳۹۱ با دعوت کارلوس کیروش و بازی مقابل موزامبیک که با برتری ۳–۰ تیم ملی حاصل شد، پیراهن تیم ملی را برتن کرد.[۱۰] شجاع در تیم ملی طی چند سال دیده نشد تا این که دوباره توسط دراگان اسکوچیچ به تیم ملی دعوت شد و بازی تدارکاتی مقابل ازبکستان در حضور ۹۰ دقیقه ای اش در بازی با برتری ۲–۱ به پایان رسید.[۱۱]
