Née Edna Rae Gillooly à Detroit, dans le Michigan, Ellen Burstyn fait tous les métiers avant de devenir actrice. Elle est serveuse à 14 ans, quitte le lycée sans obtenir son diplôme de fin d'étude et part pour le Texas afin de devenir mannequin. Mais cela ne dure qu'un temps, elle la voilà bientôt à New York, où elle gagne modestement sa vie en tant que danseuse à la télévision, au sein du "Jackie Gleason Show". Après un détour par Montréal où elle se produit en tant que danseuse de night-club, elle débute, après avoir réussi une audition, à Broadway, dans la pièce "Fair Game". Nous sommes alors en 1957, et elle enchaîne par la suite avec de nombreuses apparitions dans des séries télé. En 1963, elle trouve un rôle récurrent dans la série "The Doctors", mais c'est avec son personnage de Franny dans Au revoir Charlie qu'on la remarque.