Ellen est née le 10 novembre 1969 à Everett, dans le Massachusetts aux Etats- Unis.
Elle est la cadette d’une famille de six enfants, tous ses frères et sœurs étant âgés d'au moins huit ans de plus qu'elle. Elle mesure 1m70 et son signe du Zodiaque est le Scorpion. On la surnomme « The pencil » (le crayon). Elle réside maintenant à Boston.
Découverte par un agent alors qu'elle était barmaid à New York, Ellen Pompeo fait ses premiers pas dans le métier d'actrice dès 1996 dans des publicités. Après quelques figurations au cinéma, elle obtient un rôle de guest-star dans la série
New York District (2000). Afin de vivre pleinement sa carrière, elle s'installe à Los Angeles et multiplie les petits rôles sur petit et grand écran.
Ellen Pompeo obtient un début de reconnaissance en 2002 lorsque Brad Silberling lui offre un rôle majeur dans le drame
Moonlight mile face à Jake Gyllenhaal et Dustin Hoffman. Appréciée par la critique, elle enchaîne peu après dans
Arrête-moi si tu peux (2002) où elle joue l'une des conquêtes du personnage de Leonardo DiCaprio.
En 2003, elle joue dans
Daredevil le rôle de Karen Page.
L'actrice de 35 ans revient à la télévision en participant à un épisode de l'ultime saison de
Friends (2004). La consécration arrive quelques mois plus tard lorsque Ellen Pompeo devient l'héroïne de la nouvelle série médicale
Grey's Anatomy, énorme succès sur ABC et révélation de l'année 2005. Elle prête ses traits à Meredith Grey, une jeune interne fragile et déterminée qui tente de faire ses preuves au Seattle Grace Hospital.
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