Η Edna Rae Gillooly γεννήθηκε στις 7 Δεκεμβρίου 1932 στο Detroit του Michigan. Στο σχολείο ήταν ιδιαίτερα δημοφιλής. Φοίτησε στο Cass Technical High School και περνούσε πολλές ώρες σπουδάζοντας χορό - ήταν μαζορετα - αλλά και μέλος σόου του μαθητικού συμβουλίου ενώ στην εφηβεία της άρχισε να ασχολείται και με το μοντελινκ. Δεν ήταν ιδιαίτερα καλή μαθήτρια, έτσι παράτησε το σχολείο της το 1949 για να παντρευτεί τον ποιητή William Alexander. Ο γάμος τους όμως κράτησε μόνο πέντε χρόνια.

Από το 1955 έως την αρχή της δεκαετίας του '60 ήθελε να ασχοληθεί με τον κινηματογράφο και να κάνει μια αξιοζήλευτη καριέρα. Έτσι βρήκε δουλεία ως χορεύτρια σ' ένα club στο Montreal και εμφανιζόταν περιστασιακά στο 'The Jackie Gleason Show', μια δημοφιλής τηλεοπτική παραγωγή. Στη συνεχεία κέρδισε ένα πρωταγωνιστικό ρόλο στο Broadway, μια παραγωγή με τίτλο 'Fair Game'. Εκεί γνώρισε τον παραγωγό Paul Roberts τον οποίο και παντρεύτηκε σχεδόν αμέσως.

Στη συνέχεια μπαίνει στη ζωή της το Hollywood όπου έκανε εμφανίσεις σε πολλά τηλεοπτικά σόου και σε σειρές όπως 'Perry Mason' (1957) και 'Ben Casey' (1961). Το 1961 χωρίζει τον Roberts και παντρεύεται τον συνάδελφο της Neil Burstyn. Τότε αλλάζει το όνομα της παίρνοντας του συζύγου της, σε Ellen Burstyn γιατί το πατρικό της όνομα της φαινόταν κακόηχο. Τον επόμενο χρόνο αποκτάει και το πρώτο της παιδί τον Jefferon.

Το 1964 έκανε ένα διάλειμμα στη ζωή της για να πάρει μαθήματα υποκριτικής με τον Lee Strasberg στο Actors Studio. Επόμενη δουλεία της ήταν η ταινία «Tropic Of Cancer» (1970) όπου ήταν γνωστή τότε με διάφορα ψευδώνυμα : Edna Rae, Keri Flynn, Erica Dean και Ellen McRae. Ο πιο προκλητικός ρόλος ήρθε με την ταινία «Alex In Wonderland» (1970) και μετά με την ταινία «The Last Picture Show» (1971), ρόλος ο οποίος της έδωσε την πρώτη της υποψηφιότητα για Oscar B' Γυναικείου Ρόλου. Την ίδια χρονιά λήγει και ο γάμος της με τον Neil Burstyn.

Στις αρχές της δεκαετίας του '70, με το δαιμονικό κλασσικό πλέον δράμα «The Exorcist» (1974) κερδίζει άλλη μια υποψηφιότητα για Oscar A` Γυναικείου Ρόλου. Τότε, κατά τη διάρκεια των γυρισμάτων, στη σκηνή όπου την πετάει κάτω η δαιμονισμένη κόρη της, έπεσε πάνω στον κόκυγά της, με αποτέλεσμα μια μόνιμη βλάβη στη σπονδυλική της στήλη. Η σκηνή που σφαδάζει από τον πόνο χρησιμοποιήθηκε τελικά και στην ταινία. Την επόμενη χρονιά γίνεται επιτέλους δικός της ο κύριος Oscar με τη ταινία «Alice Doesn't Live Here Anymore», στην οποία παίζει μια σερβιτόρα, όμως δεν παρευρέθηκε στην τελετή για να παραλάβει το βραβείο της, καθώς ήταν σίγουρη πως θα το κέρδιζε και δεν άντεχε την πίεση. Αργότερα, έχοντας παρακολουθήσει και άλλες τελετές απονομής, δήλωσε πως μετάνιωσε που δεν ήταν εκεί.

Δεν αρκέστηκε όμως με τις μέχρι τώρα διακρίσεις της και συνεχίζοντας δυναμικά κερδίζει άλλες δυο προτάσεις για Oscar A` Γυναικείου Ρόλου για τις «Same Time, Next Year» (1978) και «Resurrection» (1980). Το 1981 ακολουθεί η ταινία «Silence Of The North» (1981)τον επόμενο χρόνο πρωταγωνιστεί στη «The People Vs. Jean Harris» και το 1984 τη βρίσκουμε στις παραγωγές «The Ambassador» και «Twice In A Lifetime». Το επόμενο διάστημα μέχρι και της αρχές της δεκαετίας του 2000 ασχολήθηκε κυρίως με την τηλεόραση και το θέατρο.

Το 2000 επιστρέφει με το «The Yards» και το «Requiem For A Dream» όπου κέρδισε άλλη μία υποψηφιότητα για Oscar A` Γυναικείου Ρόλου. Ακολουθούν τα «Divine Secrets Of The Ya-Ya Sisterhood» (2002), «Easy Riders», «Raging Bulls» (2003), «Down In The Valley»  (2004), «The Wicker Man» (2005), «The Fountain» (2006) και «Charlotte`s Web» (2006).