Ella Jane Fitzgerald nació en Newport News, Virginia, el 25 de abril de 1917. Sus padres, William y Temperance (Tempie), se separaron cuando Fitzgerald era aún un bebé. Más tarde, Fitzgerald se mudó con su madre a Yonkers, Nueva York, donde vivieron con Joe da Silva, la pareja de hecho de Tempie. Tempie y Joe tuvieron una hija, Frances da Silva, en 1923.

Cuando Fitzgerald tenía quince años, su madre murió en un accidente automovilístico. Fitzgerald y su media hermana se fueron a vivir con su tía; poco después, Joe da Silva murió de un ataque al corazón. Para ayudar a llegar a fin de mes, Fitzgerald se involucró con mafiosos y apostadores, y ocasionalmente trabajaba administrando apuestas para corredores de apuestas. Con el tiempo, este trabajo la llevó al Orfanato para Niños de Raza Negra de Nueva York, en el Bronx, donde sufrió palizas humillantes. Fitzgerald pasó parte de 1932 en el orfanato antes de fugarse. Sin hogar y luchando por encontrar trabajo, se inscribió en un concurso de talentos en el Teatro Apollo de Harlem en 1934. Fitzgerald tenía la intención de bailar, pero se enteró de que debía seguir a otro número de baile con mucho talento; tomó la decisión de última hora de cantar en su lugar. Interpretó varias canciones de las Boswell Sisters, a quienes admiraba mucho. La decisión de Fitzgerald de no bailar resultó muy lucrativa, ya que le valió el primer premio de veinticinco dólares, una suma excepcionalmente grande para una joven de diecisiete años en la época de la Gran Depresión.

Fitzgerald conoció al famoso baterista de jazz Chick Webb en 1935. Webb le dijo a la prensa que él y su esposa Sallye habían adoptado a la cantante adolescente, quien se presentó con su orquesta en varios locales de Harlem, incluido el Savoy Ballroom. Fitzgerald comenzó a escribir y grabar canciones, entre ellas su éxito de 1938 «A Tisket, a Tasket», que coescribió con el compositor Al Feldman. La canción fue una de las favoritas de las máquinas de discos y ocupó el primer lugar en el popular programa de radio Your Hit Parade durante casi tres meses. Casi cincuenta años después, en 1986, el Salón de la Fama de los Grammy honró a Fitzgerald por esa canción.

En junio de 1939, Webb falleció a causa de complicaciones tras una cirugía de columna. Fitzgerald asumió el papel de líder de la banda y cambió el nombre del grupo a Ella Fitzgerald and Her Famous Band. Tras dos años de actuaciones y giras continuas, Fitzgerald se retiró para dedicarse a su carrera solista, cantando con la big band de Dizzy Gillespie. Fue durante su etapa con Gillespie cuando Fitzgerald desarrolló el estilo de canto «scat», que ella misma ayudó a popularizar. Las virtuosas interpretaciones de scat de Fitzgerald, como en «Oh Lady Be Good», se volvieron legendarias; otros artistas pronto comenzaron a imitar el estilo. Más tarde se unió a la gira Jazz at the Philharmonic, encabezando el cartel junto a artistas como Louis Armstrong, en quien se inspiró enormemente.

En 1956, Verve Records contrató a Ella Fitzgerald para grabar Ella Fitzgerald Sings the Cole Porter Songbook, que se convirtió en uno de sus álbumes más populares y significativos. Este trabajo ayudó a consolidar su reputación en la industria musical. Posteriormente, grabó álbumes de la serie Songbook con obras de varios compositores, entre ellos Duke Ellington, Irving Berlin y George e Ira Gershwin. Verve también grabó varias colaboraciones entre Fitzgerald y Armstrong, comenzando con el álbum de 1956 Ella and Louis. El álbum contó con la participación de Oscar Peterson al piano y del exesposo de Fitzgerald, el bajista Ray Brown, con quien se había casado en diciembre de 1947 y de quien se había divorciado en agosto de 1953.

Durante las décadas de 1940 y 1950, los artistas negros solían recibir un trato desigual y con frecuencia se veían obligados a alojarse en hoteles «solo para negros» después de sus presentaciones —si es que lograban conseguir una reserva—. En el sur, era especialmente difícil conseguir lugares para presentarse, y los asientos del público solían estar segregados. Los camerinos eran de menor calidad que los que se les asignaban a los artistas blancos. En 1955, Fitzgerald fue arrestada, junto con Gillespie y el saxofonista Illinois Jacquet, mientras se encontraba en Houston con la gira Jazz at the Philharmonic. Los artistas estaban en su camerino jugando a las cartas y a los dados cuando la policía entró sin previo aviso y los arrestó. Más tarde fueron acusados de posesión de drogas, un cargo contra el que luchó su representante activista, Norman Granz, y que finalmente logró desestimar. La discriminación también llevó a Fitzgerald a demandar a Pan Am Airways el 23 de diciembre de 1954, después de que a ella, a Granz, a su asistente Georgiana Henry y al pianista John Lewis los obligaran a bajar de un avión para dar cabida a pasajeros blancos. Fitzgerald y su grupo sufrieron un retraso de tres días, lo que interrumpió su gira. El grupo perdió la demanda, pero el suceso llamó la atención sobre los prejuicios raciales dentro de la industria del transporte.

Aunque el racismo abundó durante la carrera de Fitzgerald, su música le valió el apoyo de varias personas influyentes, entre ellas Frank Sinatra y Marilyn Monroe. Monroe, gran admiradora de Fitzgerald en la década de 1950, se puso en contacto con los propietarios del Mocambo, un popular club nocturno de Hollywood, y los animó a contratar a Fitzgerald como su primera artista negra en la primavera de 1955. El club aceptó, y Monroe asistió todas las noches, sentándose en la primera fila en cada presentación. El apoyo de Monroe ayudó a impulsar la carrera de Fitzgerald y a romper la barrera racial para otros artistas. Tras su actuación en el Mocambo, Fitzgerald pasó a presentarse en televisión, apareciendo en programas como The Ed Sullivan Show. Fitzgerald también tuvo varios papeles poco conocidos en el cine, incluido un cameo en la película de 1942 de Bud Abbott y Lou Costello, Ride ’em Cowboy, en la que cantó «A Tisket, a Tasket» a bordo de un autobús y luego se sentó en la parte de atrás.

La salud de Fitzgerald se deterioró a medida que envejecía. Padecía diabetes, una enfermedad que finalmente la dejó ciega y le impidió usar sus piernas, las cuales le fueron amputadas en 1994. La enfermedad fue la causa de su muerte el 16 de junio de 1996. Fitzgerald dejó a su hijo adoptivo, Ray Brown, Jr., y a una nieta, Alice. A lo largo de su vida, Fitzgerald ganó numerosos premios, entre ellos catorce premios Grammy, uno de ellos por su trayectoria. Fue nombrada Oficial de la Orden de las Artes y las Letras en Francia y recibió la Medalla Nacional de las Artes en 1987, además de doctorados honoris causa en música de numerosas universidades, entre ellas Howard (1988) y Princeton (1990). Fitzgerald recibió el Premio Peabody por su contribución destacada a la música en Estados Unidos (1983) y el Premio Image de la Asociación Nacional para el Avance de las Personas de Color por sus logros sobresalientes (1988). Fue galardonada con la Medalla Presidencial de la Libertad en 1992. En 2007, el Servicio Postal de EE. UU. lanzó un sello conmemorativo con la imagen de Fitzgerald.