Um ihren Modeltraum zu verwirklichen, verlässt Ellen Burstyn recht früh die High School. Doch schon 1957 startet sie als Schauspielerin durch und tritt zum ersten Mal am Broadway auf. Obwohl sie recht rasch kleine Rollen in Fernsehserien ergattert, zieht sie 1963 nach New York, um dort eine Schauspielausbildung am "Actors Studio" zu absolvieren. Ihre großen Durchbruch hat Burstyn ihrer Rolle in "Die letzte Vorstellung" zu verdanken, wofür sie ihre erste "Oscar"-Nominierung als beste Nebendarstellerin erhält.
International wird Ellen Burstyn durch den Horror-Klassiker "Der Exorzist" bekannt, wo sie die Mutter der besessenen "Regan" spielt. Einen "Oscar" kann die Schauspielerin 1974 für ihre Hauptrolle in dem Filmdrama "Alice lebt hier nicht mehr" mit nach Hause nehmen. Im selben Jahr erhält sie auch einen "Tony Award" für ihre Leistung in dem Broadway-Stück "Same Time, Next Year", welches einige Jahre später verfilmt wird. Nach jahrelangem Erfolg bekommt ihre Karriere in den 80er Jahren einen Knick und so konzentriert sich Ellen Burstyn verstärkt auf Theaterproduktionen und bildet Nachwuchsschauspieler am "Actors Studio" in New York aus. Nach dem Tod des Gründers der Schauspielschule übernimmt sie gemeinsam mit Al Pacino die künstlerische Leitung.
2000 meldet sich Ellen Burstyn zurück auf die Kinoleinwand und wirkt in dem Streifen "Requiem for a Dream" mit. Prompt wird die Schauspielerin erneut für einen "Oscar" nominiert, geht jedoch am Ende leer aus. 2009 übernimmt sie eine Gastrolle in der Krimiserie "Law & Order: New York", wofür sie eine "Emmy"-Auszeichnung erhält.