שלמה בן-עמי עלה לישראל עם משפחתו בגיל 12. הוא גדל בקיבוץ אפיקים ובקרית שמונה, ושירת בצה"ל בחטיבת גולני.
ב-1974 קיבל תואר דוקטור בהסטוריה מאוניברסיטת אוקספורד. באותה שנה החל לעבוד כמרצה בחוג להסטוריה באוניברסיטת תל-אביב. בן-עמי מתמחה בהסטוריה של ספרד.
בשנים 1987-1991 כיהן כשגריר ישראל בספרד. בשנים 1992-1994 כיהן כחבר משלחת ישראל לשיחות מדריד ולשיחות הרב-צדדיות לעניני פליטים במזרח התיכון.
ב-1996 נבחר לכנסת מטעם מפלגת העבודה. ב-1999 מונה לשר לביטחון פנים. ב-2000 מונה לשר החוץ לאחר שדוד לוי התפטר מהתפקיד. בן-עמי כיהן בתפקידים עד כינון ממשלת שרון במרץ 2001.
בן-עמי נשוי ואב לשלושה.