Актёрскую карьеру начала в 1958 году, сыграв небольшую роль в телесериале «Телевизионный театр Крафта» (1958). Первой её заметной работой в кино стала роль Лоиз Фэрроу в фильме «Последний киносеанс» в 1971 году, за свою роль актриса была номинирована на премии «Оскар» и «Золотой глобус». В 1973 году Эллен Бёрстин снялась в фильме ужасов «Изгоняющий дьявола», эта роль также принесла ей номинации на премии «Оскар» и «Золотой глобус».

Признание в актёрской среде актриса добилась после исполнения роли Алисы Хаятт в фильме «Алиса здесь больше не живёт» (1974), за эту роль она была удостоена премии «Оскар» и BAFTA, а также была номинирована на премию «Золотой глобус». После она номинировалась на «Оскар» в 1979, 1981 и 2001 году, за роли в фильмах «В это же время, в следующем году» (1978), «Воскрешение» (1980) и «Реквием по мечте» (2000).

В 1975 году Эллен Бёрстин была удостоена театральной премии «Тони», в номинации «Лучшая женская роль в пьесе». Она также трижды номинировалась на «Премию Гильдии киноактёров США» (2001, 2008, 2015) и шесть раз на премию «Золотой глобус» (1972, 1974, 1975, 1981, 1982, 2001) с одной победой в 1979 году за «Лучшую женскую роль» в фильме «В это же время, в следующем году» (1978). Эллен Бёрстин пользовалась большим успехом на телевидении, в 2009 году она была удостоена премии «Эмми» за лучшую женскую роль в драматическом телесериале, «Закон и порядок: Специальный корпус» (1999) и в 2013 году за «Лучшую женскую роль второго плана в мини-сериале или фильме», «Политиканы» (2012).