Ellis avla sin bachelorgrad i biologi i 1986 og forsvarte sin avhandling for graden ph.d. i plantebiologi fra Cornell University i 1990 med veileder Roger Spanswick. Etter at han var ferdig med studiene, underviste han i engelsk ved Nanjing Agricultural University fra 1990 til 1991. Han reiste tilbake til Kina for å studere nitrogen-sykluser i kulturlandskap i årene 1993–1996. Fra 1996 til 2000 arbeidet han sammen med Stephen Gliessman ved University of California, Santa Cruz. I 2000 ble han ansatt som universitetslektor ved instituttet for Geography and Environmental Systems ved University of Maryland Baltimore County. I 2015 ble han så forfremmet til professor. Han er medlem av Global Land Program (Scientific Steering Committee 2012–2017), av Future Earth og Anthropocene Working Group tilhørende International Commission on Stratigraphy og Breakthrough Institute (og medforfatter av Ecomodernist Manifesto). Han er også rådgiver for Nature Needs Half Movement. Han har undervist i økologi som gjesteprofessor ved Harvard Graduate School of Design (2013–2015) og var også gjesteprofessor ved Carnegie Institution's Department of Global Ecology (2006–2007).