Proveniente da una celeberrima famiglia di attori, venne educata in un convento e sotto la guida di suo zio salì la prima volta sul palcoscenico quando aveva quindici anni e interpretò la sua prima parte da protagonista a Broadway in Captain Jinks of the Horses Marines nel 1900. L'indomani era una star e in breve tempo diventò la "prima signora" della scena americana ottenendo grandissimo successo per oltre quarant'anni, grazie alla sua bellezza (fu coniata per lei l'espressione "glamour girl") e al suo consumato mestiere. Dopo il suo esordio cinematografico in The Nightingale (1914) interpretò altri tredici film negli anni '10 e in seguito si dedicò al teatro sino al suo ritorno sul set col film Rasputin and the Empress (Rasputin e l'imperatrice, 1932), l'unica occasione in cui lavorò sullo schermo accanto ai fratelli Lionel e John. Per il cinema interpretò fra gli altri None But the Lonely Heart (Il ribelle, 1944), per il quale ottenne un meritatissimo premio Oscar, The Paradine Case (Il caso Paradine, 1947), Portrait of Jennie (Ritratto di Jennie, 1948) e Young at Heart (Tu sei il mio destino, 1955). Grande favorita degli ambienti sociali più esclusivi di Hollywood, Ethel Barrymore fu apprezzata per il suo fine senso dell'umorismo e per la sua passione per il baseball, che essa incarnò orgogliosamente in Just for You (Sogno dei miei vent'anni, 1952). Morì nel 1959 e successivamente a un teatro di Broadway venne dato il suo nome.