Elizabeth Mitchell

Elle est l'aînée de ses deux sœurs, Kristie (née en 1978) et Kate (née en 1982). Ses parents sont avocats.

Adolescente, elle fait du théâtre pendant 7 ans, au Dallas Theater Center (6 ans), ainsi qu'au Encore Theater (1 an) et joue dans plusieurs pièces. Elle sort diplômée de la Booker T. Washington High School et obtient une licence de théâtre au Stephen College de Columbia (Missouri).

Elle a été mariée à l'acteur et professeur d'art dramatique Chris Soldevilla, du 13 juin 2004 jusqu'en 2013. Ensemble, ils ont un fils, Christopher Jr, Soldevilla né le 4 septembre 2005,

Elle débute à la télévision en 1993 dans la série Dangerous Curves.
En 1998, elle se fait remarquer dans un duo lesbien avec Angelina Jolie dans Gia1.
En 2000, elle incarne le rôle de Kim Legaspi, psychiatre au Cook County, dans la saison 7 de la série Urgences. C'est avec Kim Legaspi que Kerry Weaver se découvre lesbienne.
De 2006 à 2010, elle obtient le rôle principal de Juliet Burke dans la série Lost : Les Disparus. Elle commencera dès la saison 3, et elle sera reconduite dans son rôle dans la saison 4, 5 et 6.
De 2009 à 2011, elle apparait comme personnage féminin principal dans le remake de V, sous les traits d'Erica Evans, un agent du FBI.
De 2012 à 2014, elle joue le rôle de Rachel Matheson dans la série Revolution.
En 2016, elle joue l'un des deux personnages principaux dans American Nightmare 3 : Élections.