Ethel Barrymore était la deuxième de trois enfants apparemment destinés à la vie d'acteur de leurs parents Maurice et Georgiana. Maurice Barrymore avait émigré d'Angleterre en 1875 et, après avoir obtenu un diplôme de droit à Cambridge, avait choqué sa famille en devenant acteur. Georgiana Drew, de Philadelphie, jouait dans la troupe théâtrale de ses parents. Les deux se rencontrèrent et se marièrent en tant que membres de la troupe d'Augustin Daly à New York. Ils jouèrent tous deux avec quelques-unes des grandes personnalités du théâtre victorien du milieu du XIXe siècle en Amérique et en Angleterre. Les enfants Barrymore naquirent et grandirent à Philadelphie. Bien que son frère aîné Lionel Barrymore ait commencé à jouer tôt avec les parents de sa mère dans la troupe théâtrale Drew, Ethel, après une scolarité traditionnelle de jeune fille, envisageait de devenir pianiste de concert.

L'attrait de la scène était peut-être congénital, cependant. Elle fit ses débuts d'actrice de théâtre pendant la saison new-yorkaise de 1894. Sa présence scénique juvénile était aussitôt un plaisir, un visage remarquablement joli et charmant et de grands yeux sombres qui semblaient regarder depuis son âme même. Son talent naturel et sa voix distinctive ne faisaient que renforcer la présence physique de quelqu'un destiné à dominer n'importe quel rôle qui lui serait confié. Après avoir eu l'occasion de paraître sur la scène londonienne avec le grand acteur anglais Henry Irving dans « The Bells » (1897) puis dans « Pierre le Grand » (1898), elle retourna à New York pour jouer dans la pièce de Clyde Fitch « Captain Jinks of the Horse Marines » (1901) (produite par son ami et bienfaiteur Charles Frohman), qui lui valut ses premiers éloges américains. Des rôles principaux, comme Nora dans « Une maison de poupée » d'Henrik Ibsen (1905) et la vedette de « Alice By the Fire » (également 1905), « Mid-Channel » (1910) et « Trelawney of the Wells » (1911) prouvèrent sa popularité en tant que star chaleureuse et charismatique de la scène américaine. Entre-temps, elle épousa le courtier Russell Griswold Colt en 1909 et donna naissance à trois enfants tout en poursuivant sa carrière d'actrice.

Bien que la scène fût son premier amour, elle répondit à l'appel du grand écran et, sans atteindre l'image d'idole des matinées que son jeune frère John Barrymore acquit au cinéma muet après une alchimie similaire sur scène, elle conquit le public dès sa première apparition à l'écran dans The Nightingale (1914). Cependant, ses premiers rôles cinématographiques, réguliers jusqu'en 1919, passèrent au second plan derrière ses triomphes théâtraux continus : « Declassee » (1919), sa Juliette passionnée dans « Roméo et Juliette » (1922), « The Second Mrs. Tanqueray » (1924) et, surtout, « The Constant Wife » (1926).

Elle exploita également ses talents considérables dans le rôle de militante, étant un soutien indéfectible de l'Actors Equity Association et, en fait, avait été une figure de premier plan lors de la grève des acteurs de 1919. En 1930, elle entrait dans l'âge mûr et ses rôles au cinéma le reflétaient. À l'exception de Raspoutine et l'Impératrice (1932) avec ses frères, les rôles étaient des mères et grands-mères âgées, des douairières et des tantes célibataires. Peut-être sagement, elle repoussa Hollywood pendant plus d'une décennie, avec un travail théâtral qui comprenait son rôle le plus attachant dans « The Corn is Green » (une tournée qui dura de 1940 à 1942). Elle s'installa finalement en Californie du Sud en 1940.