Ansel Elgort, fils du photographe Arthur Elgort et de la directrice d'opéra Grethe Barrett Holby, commence enfant à apprendre le ballet au sein d'une école spécialisée, avant de se tourner vers une carrière d'acteur.

Il débute sur les planches dans une pièce de Matt Charman, "Regrets", et fait ses débuts cinématographiques en 2013 dans Carrie la vengeance, le remake du film d'horreur (1976) de Brian de Palma, où il joue aux côtés d'une autre actrice montante du moment, Chloë Grace Moretz. Il rencontre par la suite Shailene Woodley avec laquelle il tourne dans Divergente puis dans l'émouvant Nos étoiles contraires, où il obtient avec la jeune fille l'un des deux rôles principaux de cette romance dramatique particulièrement appréciée du public.

Jouant plutôt dans des films de genre à destination de la jeunesse, on le retrouve face à Adam Sandler dans une chronique sur les frustrations sexuelles adolescentes et adultes (Men, Women & Children) puis dans les suites de Divergente, à savoir Divergente 2 : l’insurrection (2015), Divergente 3 : au-delà du mur (2016) et The Divergent Series: Ascendant (2017). Toujours en 2017, le comédien campe le personnage principal de l'original film de braquage Baby Driver, et côtoie pour l'occasion plusieurs pointures comme Kevin Spacey, Jon Hamm ou Jamie Foxx.

Ansel Elgort est ensuite à l'affiche de Jonathan et Billionaire Boys Club, qui ne bénéficient pas d'une sortie salles, puis incarne à nouveau un personnage brisé dans Le Chardonneret, réalisé par John Crowley. En 2020, il sera au casting du nouveau Steven Spielberg, West Side Story, qui n'est autre que le remake du film culte de 1962.