Malala Yousafzai blev attackerad på väg hem från skolan i Mingora, regionens största stad.
Hon kom till allmänhetens kännedom 2009 genom att skriva en dagbok för BBC Urdu om livet under talibanska militanter som hade tagit kontroll över dalen.
En talesman för talibanerna i Pakistan berättade för BBC att de genomförde attacken.
Ehsanullah Ehsan berättade för BBC Urdu att de attackerade henne eftersom hon var anti-talibansk och sekulariserad, och tillade att hon inte skulle skonas.
Malala Yousafzai reste med minst en annan flicka när hon blev skjuten, men det finns olika berättelser om hur händelserna utspelade sig.
Genom Orla GuerinBBC News, Islamabad
Den kylande attacken på den unga fredskämpen har lett TV-nyheterna här. Malala Yousafzai är en av landets mest kända skolflickor.  Trots att hon är ung har hon vågat göra det som många andra inte gör - offentligt kritiserar talibanerna.
Malalas självsäkra, artikulerade kampanj för flickors utbildning har vunnit sina beundrare - och erkännande - hemma och utomlands. Hon har framträtt i nationell och internationell TV och talat om sin dröm om ett framtida Pakistan där utbildning skulle råda.
Till och med enligt Pakistans bloddränkta normer har det förekommit en chock vid skottlossningen. Det har fördömts av Pakistans premiärminister Raja Pervez Ashraf, som skickade en helikopter för att flytta Malala till sjukhus i Peshawar.
Chefen för Pakistans Independent Human Rights Commission, Zohra Yusuf, sade "den här tragiska attacken på detta modiga barn" sänder ett mycket oroande budskap till alla dem som arbetar för kvinnor och flickor.
En rapport, som hänvisar till lokala källor, säger att en skäggig revolverman stoppade en bil full av skolflickor, och frågade efter Malala Yousafzai vid namn, innan han öppnade eld.
Men en polistjänsteman berättade också för BBC Urdu att oidentifierade beväpnade män öppnade eld på skolflickorna när de skulle gå ombord på en skåpbil eller buss.
Hon blev träffad i huvudet och, enligt vissa rapporter, i halsområdet med en andra kula, men ligger nu på sjukhus och är enligt uppgift utom fara.  En annan flicka som var med henne då skadades också.
Malala Yousafzai var bara 11 år när hon skrev sin dagbok, två år efter att talibanerna tog över Swatdalen och beordrade flickskolor att stänga.
I dagboken, som hon höll för BBC: s Urdu tjänst under ett pennnamn, avslöjade hon det lidande som orsakades av militanterna när de styrde.
Hon använde pennnamnet Gul Makai när hon skrev dagboken. Hennes identitet framträdde först efter det att talibanerna drivits ut ur Swat och hon vann senare ett nationellt pris för tapperhet och nominerades också till ett internationellt fredspris för barn.
Korrespondenter säger att hon förtjänade beundran av många över hela Pakistan för hennes mod att tala ut om livet under talibanernas brutala styre militanter.
Ett gripande inlägg reflekterar över talibanernas dekret om förbud mot flickors utbildning: " Sedan i dag var sista dagen i vår skola bestämde vi oss för att spela på lekplatsen lite längre. Jag är av den uppfattningen att skolan en dag kommer att öppna igen men medan jag lämnar jag tittade på byggnaden som om jag inte skulle komma hit igen."
Hon har sedan dess sagt att hon vill studera juridik och komma in i politiken när hon blir stor. "Jag drömde om ett land där utbildning skulle råda", sade hon.
BBC: s Orla Guerin i Islamabad säger att Malala Yousafzai var en offentlig person som inte blygde bort från risker och hade starkt stöd från sina föräldrar för hennes aktivism. Ja, hennes far, som är lärare i skolan, uttryckte sin stolthet över sin kampanj.
I ett uttalande om attacken sade Pakistans premiärminister Raja Pervez Ashraf: "Vi måste bekämpa det tänkesätt som är inblandat i detta. Malala är som min dotter och din också. Om detta tänkesätt råder, vems dotter skulle då vara säker?"
Efter talibanerna: Swat kvinnor om att förändra livet
Under den ökända militanta kyrkan Maulana Fazlullah tog talibanerna tag i Swatdalen i slutet av 2007 och förblev i faktisk kontroll tills de drevs ut av pakistanska militära styrkor under en offensiv 2009.
Medan de hade makten stängde de flickskolorna, kungjorde sin extrema version av sharialagen och införde åtgärder som att förbjuda musik i bilar.
Sedan de kastades ut har det förekommit isolerade militanta attacker i Swat, men regionen har till stor del förblivit stabil och många av de tusentals människor som flydde under talibanernas år har återvänt.
Gunmen har sårat en 14-årig rättighetsaktivist som har kämpat för flickors utbildning i Swat Valley i nordvästra Pakistan.