Elizabeth Mitchell 27 Mart 1970’de emlak ve vergi avukatlığı yapan ailesinin 3 kızından ilki olarak Los Angeles’da dünyaya geldi. Dallas Texas’ta büyüyen Mitchell küçük yaştan itibaren sahneye ait olduğunu düşündü. Kolejlerin gelip gençlerin performanslarını izlediği Booker T. Washington High School for The Performing and Visual Arts isimli sanat lisesine girdi. Bu sayede Stephens Koleji’ne (Stephens College) girmeye hak kazanan güzel sanatlar bölümünden derece alan Mitchell 1991’de mezun olduktan sonra Londra’ya gitti.
İngiliz Amerikan Drama Akedemisi’nde (British American Drama Academy) de eğitim gören Mitchell birçok sahne oyununda yer aldı. Uzun yıllar boyunca sadece tiyatroya ve sahne oyunculuğuna odaklanmıştı ama Amerika’ya döndüğünde hem televizyon hem de sinema yapımlarında yer almaya başladı. Dallas Tiyatro Merkezi’nde (Dallas Theater Center) 6 yıl çalışan Mitchell Theater’s Encore Company’de bir yıl çalıştı.

1998’de Angelina Jolie’nin başrolünde olduğu televizyon filmi Gia’da canlandırdığı ‘Linda’ rolüyle tanınan Mitchell aynı yıl 1998’de Significant Others adlı dizide 'Jane Chasen'ı canlandırdı. 2000’de Nurse Betty (Chloe Jensen) ve Frequency (Julia 'Jules' Sullivan) 2002’de The Santa Clause 2’de (Principal Carol Newman) oynadı.

Significant Others’ın ardından Mitchell Time of Your Life (2000/ Ashley Holloway) The Linda McCartney Story (2000/ Linda McCartney) er (2000-2001/ Dr. Kim Legaspi) The Beast (2001/ Alice Allenby) Spin City (2001/ Nancy Wheeler) Law & Order: Special Victims Unit (2003/ Andrea Brown) The Lyon's Den (2003/ Ariel Saxon) CSI: Crime Scene Investigation (2003/ Melissa Winters) Boston Legal (2004/ Christine Pauley) Everwood (2004/ Sara Beck) ve House M. (2004/ Sister Mary Augustine) adlı dizilerde de oynadı.

2004’de yayınlanmaya başlayan Lost adlı dizinin 3. sezonunda (2006-2007) doktor olan ‘Juliet’ karakterini canlandırmaya başladı.

2006’da Paul Walker’ın başrolünde olduğu Running Scared’de ‘Edele’ karakterini canlandıran Mitchell aynı yıl The Santa Clause 3’de (Mrs. Claus/Carol Calvin) ve Haskett's Chance’de (Ann Haskett) rol aldı.

Elizabeth Mitchell oyuncu eşi Chris Soldevilla ile birlikte Highland Park Dallas’da yaşıyor.