Ellen Pompeo s-a născut pe 10 noiembrie 1969 în Everett, Massachusetts (measăciuseț), iar strămoșii ei au origini irlandeze și italiene. Mama ei a murit pe când ea avea doar 4 ani, iar tatăl ei s-a recăsătorit la scurt timp după moartea acesteia.
Înainte de a deveni actriță, Ellen a fost barmaniță în mai multe baruri din Miami și New York. Într-unul din aceste baruri a și fost descoperită de un agent care i-a propus să apară în reclame.
Până să devină arhicunoscută în întreaga lume datorită rolului din "Grey’s Anatomy", Pompeo a mai jucat în câteva filme de succes cum ar fi "Catch Me If You Can", "Old School" și "Eternal Sunshine of the Spotless Mind". Momentan, joacă în continuare în "Grey’s Anatomy" unde primește 200.000 de dolari pentru fiecare episod.