Ellen Pompeo fait ses débuts devant les caméras en 1996 grâce à des publicités. Elle part ensuite s’installer en Californie et multiplie les petits rôles aussi bien pour la télévision que le cinéma.
En 2002, elle commence à percer dans le milieu du cinéma grâce à son rôle dans le drame
Moonlight Mile où elle joue aux côtés de Dustin Hoffman. La critique l’apprécie et Ellen enchaîne avec
Arrête-moi Si Tu Peux (2002) dans lequel elle jouera l’une des nombreuses conquêtes de Franck Abagnale Jr alias Léonardo DiCaprio.
L’année 2003 est tout aussi florissante avec une apparition dans
Daredevil avec Ben Affleck et Jennifer Garner ainsi que dans la comédie
Retour à La Fac (Back to school). Après avoir quelque peu délaissé le petit écran,
Ellen participe à un épisode de l’ultime saison de
Friends en 2004. Mais la consécration arrive quelques mois plus tard quand elle devient l’héroïne d’une nouvelle série médicale
Grey'S Anatomy, révélation de l’année 2005, dans laquelle elle campe la jeune interne Meredith Grey qui doit faire ses preuves au sein du prestigieux Seattle Grace Hospital.