Елън Катлийн Помпео е родена в Еверет, Масачузетс, в семейството на Катлийн Б. (О'Кийф) и Джоузеф Е. Помпео, търговец. Тя е с италиански (от дядо си по бащина линия), ирландски и отчасти английски произход.
Помпео дебютира на голям студиен екран във филма на Брад Силбърлинг "Лунна миля" (2002), където играе заедно със Сюзън Сарандън, Дъстин Хофман и Джейк Джиленхол. Тя получава изключителни отзиви за образа си на откровена млада жена, носеща мълчалив товар, който разбива сърцето ѝ.
Помпео се снима срещу Люк Уилсън, Винс Вон и Уил Ферел в изключително успешния филм "Старото училище" (2003), а преди това в "Хвани ме, ако можеш" (2002) на Стивън Спилбърг, срещу Леонардо ди Каприо.
Помпео се е снимала в няколко независими филма, сред които In the Weeds (2000) и Coming Soon (1999), както и в Life of the Party (2005). От 2005 г. тя играе д-р Мередит Грей в телевизионния сериал Анатомията на Грей (2005). - И.И. превод