Elizabeth Mitchell, née Robertson, voit le jour le 27 mars 1970 à Los Angeles (Californie, USA), aînée des trois filles d'un couple d'avocats. Elle se passionne dès l'adolescence pour la comédie, intégrant le
Dallas Theater Center puis le
Encore Theater. Elle décroche par la suite une licence de théâtre au Stephen College de Columbia.
Elle apparaît durant les années 90 dans diverses productions sur le petit écran, notamment les séries
Amoureusement vôtre,
The Sentinel, ou
JAG. Elle aborde le XXIe siècle en jouant dans plusieurs épisodes d'
Urgences les amateurs de séries TV la retrouvent par la suite dans
Spin City,
New York Unité Spéciale,
Les Experts, ou encore
Boston Justice et
Dr House.
La célébrité frappe enfin à sa porte grâce au rôle obtenu dans
Lost, où elle interprète Juliet Burke. Cette pige dans la série à succès créée par J.J. Abrams, Jeffrey Lieber et Damon Lindelof permet à Elizabeth Mitchell, Liz pour les intimes, de se faire suffisamment connaître du grand public pour porter un projet d'envergure. L'actrice est ainsi choisie pour incarner le personnage principal du revival de la série
V, lancé en 2009.
Elle épouse l'acteur Chris Soldevilla le 13 juin 2004, avec qui elle a un fils, Christopher Jr.