Elle Fanning prend dès son plus jeune âge le même chemin que sa sœur Dakota. Elle a deux ans lorsqu’elle joue dans son premier film, Sam je suis Sam, où elle interprète le rôle de sa sœur lors des scènes où elle apparaît bébé. Elle réitère l’expérience pour la série Disparition, produite par Steven Spielberg, avant d’obtenir son premier rôle bien à elle, une courte apparition cependant, dans Ecole paternelle : elle a alors cinq ans.

Apparue déjà dans plusieurs films malgré son très jeune âge, c’est pourtant à la télévision qu’Elle Fanning obtient la plupart de ses rôles, avec notamment à son tableau de chasse de grands succès comme Les Experts : Miami et Manhattan, Dr House ou encore Esprits criminels. Fille de Brad Pitt et Cate Blanchett dans Babel (2006), elle retrouve les comédiens à l’occasion de L’Étrange histoire de Benjamin Button (2008).

Sa jeunesse et son talent l’imposent comme une pépite de la jeune génération, ce qui attire bientôt l’intérêt de réalisateurs prestigieux comme Tony Scott (Déjà Vu, 2006), Sofia Coppola (Somewhere, 2010), ou encore J.J. Abrams (Super 8, 2011). Une flopée de collaborations mais aussi un brassage de genres qui font d'elle une jeune comédienne incontournable, comme le confirment ses importantes participations, en 2012, à Twixt de Francis Ford Coppola puis à Nouveau Départ avec Matt Damon.

Très sollicitée, Elle Fanning multiplie les apparitions sur grand écran et continue de cultiver un certain éclectisme : rôles-titres, seconds rôles, films indés ou grosses productions, rien ne semble résister à la jeune actrice. On a ainsi pu la voir dans Ginger & Rosa, Young Ones (avec Michael Shannon et Nicholas Hoult), ou encore Maléfique aux côtés d'Angelina Jolie. La jeune fille s'essaie même au doublage avec Les Boxtrolls. 

Toutefois, c'est tout naturellement vers un cinéma plus adulte que se dirige Elle Fanning à l'âge de 18 ans. Elle joue ainsi la fille de Bryan Cranston dans le biopic Dalton Trumbo, avant de flirter avec le scandale dans le nouveau film de Nicolas Winding Refn, The Neon Demon.

Tournant beaucoup, Elle joue une jeune femme insoumise dans la comédie dramatique 20th Century Women (2017), le personnage féminin principal du film de gangsters de Ben Affleck Live by Night (id.), Alicia dans le remake Les Proies (id.) de Sofia Coppola et le rôle-titre du biopic Mary Shelley (2018). 2018 est une année particulièrement chargée pour la comédienne puisqu'elle est aussi à l'affiche du nouveau film de Mélanie Laurent, le sombre road movie Galveston, mais aussi du Woody Allen A Rainy Day in New York.

Tournant à un rythme régulier et variant les projets, on la voit dans le musical Teen Spirit, le fantastique Maléfique : Le Pouvoir du Mal, le drame Tous nos jours parfaits, le biopic Un parfait inconnu et le film de SF Predator: Badlands. Parallèlement, l'actrice porte la série historique et satirique The Great, narrant l'ascension de l'impératrice Catherine II.