Nata a Kansas City, nel Missouri, è la seconda di quattro figli di Dorothy Ann e David Wood Kemper. È la pronipote di Mildred Lane Kemper, a cui è intitolato il Mildred Lake Kemper Museum alla Washington University di Saint Louis. È di origini bretoni ("Kemper" è il nome bretone della città franceseQuimper per l'appunto), inglesi, tedesche ed italiane (quest'ultime per mezzo del suo nonno materno)[1]. La famiglia si trasferì a St. Louis quando Ellie aveva cinque anni. Ha frequentato la Conway School e in seguito il liceo John Burroughs, dove ha cominciato a interessarsi al teatro e all'improvvisazione comica. Uno dei suoi insegnanti era Jon Hamm.
Fece un provino per la serie televisiva Parks and Recreation; non venne scelta, ma venne in seguito richiamata per interpretare Erin Hannon in The Office. Inizialmente il personaggio era previsto per solo quattro episodi della quinta stagione, ma i produttori rimasero talmente sorpresi dalla performance di Kemper da promuoverla a regular a partire dalla stagione seguente.
Dal 2015 al 2019 è stata protagonista della serie televisiva di NetflixUnbreakable Kimmy Schmidt, creata da Tina Fey e Robert Carlock. Nel 2020 è uscito il film Unbreakable Kimmy Schmidt: Kimmy vs il Reverendo.
Nel 2012 comincia a frequentare lo scrittore comico Michael Koman,[2] per poi sposarsi il 7 luglio 2012.[3]
La coppia ha due figli: James nato nell'agosto 2016 e Matthew nato nel settembre 2019.[4][5]