Elizabeth Debicki naît à Paris d'une mère australienne d'origine irlandaise et d'un père polonais, qui lui transmettent rapidement leur passion commune : la danse. La petite famille déménage en Australie au milieu des années 1990. Pratiquant le ballet et le théâtre, Elizabeth sort diplômée du College Victoria des Arts en 2007 et commence à passer des castings.

Elle trouve son premier rôle en 2011 dans la comédie My Best Men, sorte de Very Bad Trip australien. Elizabeth Debicki est ensuite choisie pour incarner la séduisante Jordan Baker dans Gatsby le magnifique de Baz Luhrmann, ce qui lui permet de côtoyer des pointures comme Tobey Maguire et Leonardo DiCaprio. Elle poursuit avec un autre film d'époque, Macbeth, emmené par Michael Fassbender et Marion Cotillard, mais qui ne trouve pas le succès escompté.

Elizabeth Debicki poursuit avec Agents très spéciaux: Code U.N.C.L.E., un film d'espionnage de Guy Ritchie, et Everest, qui retranscrit l'ascension tragique du plus haut sommet par un groupe d'alpinistes. En 2016, la comédienne d'1 mètre 90 goûte aux joies du petit écran avec la série d'espionnage The Night Manager puis The Kettering Incident, où elle tient le rôle principal, celui d'une jeune femme résidant à Londres et qui se réveille en Tasmanie sans la moindre idée de la manière dont elle est arrivée là... 

Elizabeth Debicki intègre en 2017 le casting du lucratif Les Gardiens de la galaxie Vol. 2 dans la peau de Ayesha, la prêtresse des Souverains. Le blockbuster parvient à récolter 862 millions de dollars de recettes dans le monde. Cette même année, l'actrice prête sa voix à Empereur Haban Limaï de Valérian et la Cité des mille planètes qui échoue au box-office. De plus en plus présente sur grand écran, on peut la voir dans le thriller The Tale, le film de SF The Cloverfield Paradox et le biopic Vita and Virginia.

Toujours en 2018, Elizabeth Debicki est au casting des Veuves de Steve McQueen (12 Years a Slave), où elle campe l'une des quatre femmes qui décident d’unir leurs forces pour terminer ce que leurs époux avaient commencé.