Ella Jane Fitzgerald naît le 25 avril 1917 à Newport News en Virginie. Elle grandit près de New York. Sa mère travaillait dans une blanchisserie, son père avait abandonné le domicile conjugal peu de temps après sa naissance. Elle rêvait alors d'être danseuse.
Elle commence à chanter à 16 ans en 1934 au théâtre Apollo de Harlem à New York dans une des premières Amateurs Nights qu'elle remporte, contribuant autant à la gloire de l'Apollo qu'à la sienne. Elle est remarquée par {{lien}} de l'orchestre de Chick Webb, qui convainquit Webb de l'engager.
CBS est sur le point de signer un contrat avec elle lorsque sa mère meurt, la laissant orpheline. Elle doit alors se contenter de participer à des concours musicaux.
Ayant « gagné » en 1935 une audition pour une semaine, elle commence à jouer avec l'orchestre de Webb au Savoy de Harlem. Elle enregistre quelques tubes avec lui, dont le célèbre If You Can't Sing It, You'll Have to Swing It, Love and Kisses, mais c'est sa version de la berceuse A Tisket, a Tasket qui la fit connaître.
Quand Chick Webb meurt en 1939, l'orchestre continue sous le nom de « Ella Fitzgerald and Her Famous Orchestra ».
Elle commence une carrière solo en 1941. Malgré sa notoriété, elle a été victime, comme beaucoup de noirs à cette époque, de discrimination au Cotton club, elle s'est battue tout au long de sa vie pour le prouver. Au début, chanteuse de swing, elle aborde aussi le bebop. Sarah Vaughan fut une de ses seules rivales dans ce domaine. Elle est la reine du scat, et elle a joué du blues, de la samba, du gospel etc., et même des chants de Noël. Ses concerts sont souvent enrichis par des imitations d'autres chanteurs ; elle imite en particulier à la perfection les voix et les gestes aussi bien de Rose Murphy que de Louis Armstrong.
En 1942, elle apparaît dans le film du duo comique Abbott et Costello, Deux nigauds cow-boys, réalisé par Arthur Lubin.
Selon les propres mots d'Ella Fitzgerald, c'est Marilyn Monroe qui apporte un grand soutien à sa carrière en l'imposant littéralement au Mocambo Club de Los Angeles. En effet, Marilyn, très grande admiratrice d'Ella Fitzgerald, téléphone en personne au patron du club et lui demande de programmer Ella Fitzgerald contre la promesse de réserver, chaque soir où elle se produirait, une table au premier rang. Ne pouvant refuser une telle publicité, le patron accepte et Marilyn tient parole.
En 1947, elle épouse le contrebassiste Ray Brown avec qui elle adopte un garçon, {{lien}} né le {{date de naissance}} (fils biologique de Frances Da Silva (1923-), sœur cadette d'Ella). Ils divorcent en 1953.
Elle quitte Decca en 1955. La compagnie Verve a été créée au départ pour elle par son manager Norman Granz.
Ses morceaux les plus connus sont une série produite par Norman Granz sur des chansons écrites par les plus grands compositeurs américains du moment comme George Gershwin (avec l'orchestre de Nelson Riddle), Cole Porter, Duke Ellington...
Avec l'orchestre de Duke Ellington, elle fait des tournées en Europe et en Amérique du Nord. Elle ouvrait le concert avec le morceau de Duke Ellington Take the 'A' Train; elle fut une des rares à chanter des paroles sur ce morceau.
Elle joue en concert avec les plus importants groupes et solistes. Son vrai rôle était « instrumentiste de la voix ». Elle chante avec de nombreux partenaires instrumentaux comme Oscar Peterson, Count Basie (On the Sunny Side of the Street), Roy Eldridge, Joe Pass (Speak Love), Dizzy Gillespie, et le trio de Tommy Flanagan. Elle a aussi chanté avec d'autres voix du jazz comme Nat King Cole ou Frank Sinatra.
Porgy and Bess est son enregistrement le plus connu avec la légende du jazz qu'était Louis Armstrong, mais elle a également enregistré avec lui le célèbre album Ella and Louis qui eut un tel succès que Granz leur demanda d'enregistrer un Ella and Louis Again, qui fut également un succès.
Ella apparaît aussi avec Peggy Lee comme actrice et chanteuse dans le film de Jack Webb, Pete Kelly's Blues. Elle apparaît aussi dans les films Ride 'Em Cowboy, St. Louis Blues, et Let No Man Write My Epitaph.
Son diabète la rend aveugle et conduit les médecins à l'amputer des deux jambes en 1993. Elle meurt d'une crise cardiaque le {{date de décès}} à Beverly Hills, à l'âge de 79 ans.