Ella Purnell nació y se crió en Londres. De pequeña, asistió a clases de arte dramático en el Sylvia Young Theatre School y en el Young Actors Theatre de Islington. En ambos centros estudió interpretación, canto y danza.

En 2008 fue elegida para aparecer en Oliver!, en el Theatre Royal, y permaneció en el reparto durante un año. Hacia el final de su trabajo en Oliver! fue elegida para interpretar el personaje de la joven Ruth en Nunca me abandones, película basada en la célebre novela de Kazuo Ishiguro, en la que trabajó junto a Keira Knightley, Carey Mulligan y Andrew Garfield. Posteriormente fue seleccionada para el papel de Kayleigh en Vivir para siempre, dirigida por Gustavo Ron, adaptación de la obra de Sally Nichols.

En 2010 fue elegida para el papel de Mia en Intrusos, en la que trabajó junto a Clive Owen. Ese año fue seleccionada como una de las 10 actrices británicas con más futuro por Screen International. En 2011 apareció en un cortometraje de la BBC, Candy. En 2013 apareció en Kick Ass 2: con un par, junto a Aaron Taylor Johnson y a Chloe Grace Moretz: daba vida al personaje de Dolce, una cheerleader. También ha aparecido en Wildlike, una película sobre el cambio durante la adolescencia, en la que una muchacha huye de su tío, y se adentra en las zonas más alejadas de Alaska. Por su trabajo en esta película obtuvo el premio a la mejor interpretación femenina en el Los Angeles Independent Film Festival de 2015.

En 2014 dio vida a la joven Maléfica en Maléfica, dirigida por Robert Stromberg. La película era una revisión del largometraje de animación La bella durmiente, en el que se narraba la historia desde el punto de vista de la antagonista: Maléfica. La película estaba protagonizada por Angelina Jolie, Ella Fanning e Imelda Staunton. Maléfica fue un gran éxito comercial, con una recaudación mundial de 758 millones de dólares. Fue la cuarta película más taquillera de 2014.

El año pasado protagonizó El hogar de Miss Peregrine para niños peculiares, película dirigida por Tim Burton. La película se basa en la novela de Ransom Riggs; cuenta la historia de un muchacho que, tras una terrible tragedia familiar, sigue una serie de pistas que lo llevan a un orfanato abandonado en una isla de Gales. Ella Purnell interpretaba el papel de Emma Bloom, y actuó junto a Asa Butterfield, Judi Dench, Eva Green y Samuel L. Jackson.

Recientemente ha concluido el rodaje de Access All Areas, dirigida por Bryn Higgins. La película sigue las andaduras de un grupo de muchachos que acude a un festival de música, huyendo de la vida de cada día.

En 2017 trabajará en The Journey Is the Destination, basada en The Journey Is the Destination: The Journals of Dan Eldon. La película se centra en el personaje de Dan Eldon, un aventurero que a los 22 ya ha viajado a más de 40 países, ha dirigido una expedición de ayuda humanitaria a través de África, y ya se había enamorado. La vida de Eldon llegó a su fin prematuramente cuando él y tres de sus compañeros fueron lapidados por una muchedumbre en Mogadiscio.

Ella también aparecerá en UFO, película escrita y dirigida por Ryan Eslinger. Ella interpreta al personaje de Natalie, y actúa junto a David Strathairn y a Alex Sharp. El estreno está previsto para finales de 2017.