Fille de Martha Philpotts, enseignante, et de Dennis Page, concepteur graphique, Ellen grandit à Halifax, sa ville natale, et a été scolarisée à la Halifax Grammar School jusqu'à sa 10e année, puis a passé quelque temps au Queen Elizabeth High School et est diplômée de l'École Shambhala en 2005. Elle a également passé deux ans à Toronto, en Ontario, en tant qu'étudiante dans le programme Interact au Vaughan Road Academy, avec un ami proche et collègue, l'acteur canadien Mark Rendall,. En grandissant, Page a plaisir à jouer avec les figurines et grimper aux arbres.
Ellen Page débute sa carrière d'actrice à l'âge de 4 ans, où elle participe à de nombreuses pièces scolaires. Sa carrière à la télévision débute en 1997, à 10 ans, dans le téléfilm Pit Pony, qui fera l'objet d'une série télévisée deux années plus tard. Sa performance lui vaut alors une nomination au Gemini Award dans la catégorie « meilleure actrice ».
Sa participation à Pit Pony lui a permis de tourner dans des films au Canada comme Marion Bridge, qui lui vaut l'ACTRA Award de la « meilleure performance » et Wilby Wonderful, qui lui vaut l'Atlantic Film Festival de la « performance exceptionnelle pour une actrice », suivi d'un rôle récurrent dans la série Trailer Park Boys.
Elle obtient par la suite la récompense pour sa performance dans la série dramatique ReGenesis, dans laquelle elle incarne Lilith, ainsi que dans le téléfilm Mrs. Ashboro's Cat en 2004, en tant que meilleure actrice dans une émission pour enfants. Enfin, elle se voit également décerner le Young Artist Award de la meilleure actrice dans une série, pour son interprétation de Maggie MacLean. Ses débuts s'avèrent ainsi marqués par ses succès dans le cadre de programmes destinés à un jeune public, dans lesquels elle s'illustre particulièrement du fait de son talent et de son apparence juvénile, en raison de son âge et de sa petite taille (1,55 m).
Cependant, elle se manifeste également au cinéma, apparaissant notamment dans Love That Boy, puis dans Marion Bridge, lauréat du Prix du meilleur premier film canadien au festival de Toronto, et où elle remporte l'ACTRA Maritimes Award de la meilleure actrice. Elle joue ensuite aux côtés de Sandra Oh dans le film choral Wilby Wonderful, réalisé par Daniel MacIvor, et présenté au festival de Toronto en 2004.
Ellen Page apparaît vraiment aux yeux du grand public mondial en incarnant Hayley Stark dans le film Hard Candy, thriller psychologique de David Slade présenté au Festival de Sundance 2005, et où elle rencontre un important succès d'estime. En effet, son rôle d'adolescente prenant un pédophile à son propre piège, relativement délicat pour une actrice de son âge, contribue à rendre le film encore plus impressionnant qu'il ne pouvait l'être à la base. Ce rôle lui permet de recevoir les éloges nombreuses critiques dont USA Today, qui qualifie la prestation de la jeune femme comme « l'une des performances les plus complexes, dérangeantes et obsédantes de l'année ».
Ainsi, les portes des blockbusters lui sont dorénavant ouvertes, ce qui la conduit à partager l'affiche de X-Men l'affrontement final en 2006, l'épisode de la série réalisé par Brett Ratner, aux côtés de nombreuses stars à l'image de Hugh Jackman, Famke Janssen ou encore Halle Berry, en incarnant Kitty Pryde, surnommée Shadowcat.
Elle reste malgré tout fidèle au cinéma indépendant et délivre d'excellentes performances dans The Tracey Fragments qui est à la limite du film d'auteur et An American Crime où elle joue le rôle d'une jeune fille battue et torturée à mort. Ces deux films connaissent un franc succès critique mais une distribution extrêmement limitée, car uniquement diffusés dans les festivals de cinéma, puis sortis dans très peu de salles et donc disponibles directement en vidéo ou diffusés à la télévision.
C'est en 2007 que survient sa grande révélation, avec Juno de Jason Reitman, dans lequel elle incarne le rôle-titre, la dévoilant véritablement aux yeux du grand public international, en tant qu'actrice de premier plan. Sa performance lui vaut des nominations aux Golden Globes, aux BAFTA et aux Oscars en 2008, dans la catégorie de la meilleure actrice. Elle obtient en juin 2008 la récompense de la meilleure actrice lors des MTV Movie Awards. Grâce à ce film, elle obtient la consécration plus de dix ans après avoir débuté sa carrière.
Celle qui se considère comme une féministe et qui cherche à se démarquer des « rôles stéréotypés pour les adolescentes », parce qu'elle les juge « sexistes » est ensuite présente aux côtés de Dennis Quaid et Sarah Jessica Parker dans Smart People de Noam Murro, où elle joue une adolescente surdouée et cynique, puis pour la télévision, elle participe comme invitée dans la prestigieuse émission humoristique Saturday Night Live, puis prête sa voix au personnage d'Alaska Nebraska dans la série d'animation Les Simpson. En 2009, elle est à l'affiche de Bliss (Whip It!), premier film réalisé par Drew Barrymore, dans lequel elle incarne une adolescente paumée qui découvre un univers inconnu : le Roller Derby.
En 2010, elle est à l'affiche du thriller Inception, réalisé par Christopher Nolan, où elle partage l'affiche avec Leonardo DiCaprio et Marion Cotillard. Ce rôle permet à la jeune actrice, qui souhaite échapper aux rôles d'adolescentes, d'incarner un contre-emploi. Le film a obtenu un énorme succès public et critique.
La même année, elle apparaît au générique du film Super, de James Gunn, où elle retrouve Rainn Wilson après Juno. Elle partage la vedette avec Liv Tyler, Kevin Bacon et Nathan Fillion.
En 2008, Ellen Page a été citée dans les colonnes du magazine Time parmi les 100 célébrités les plus influentes et a été classée à la 61e place du classement FHM des 100 femmes les plus sexy au monde. Cette même année, Entertainment Weekly l'a introduite dans sa liste des futures stars d'Hollywood.
En 2008, Page, qui se décrit comme une féministe pro-choix, est l'une des 30 célébrités ayant participé à une série d'annonces en ligne pour l'U.S. Campaign for Burma, appelant à la fin de la dictature militaire en Birmanie. À l'automne 2008, elle participe à des projets de permaculture à Lost Valley Educational Center.
Elle est médicamentée au Ritalin pour l'hyperactivité depuis l'école primaire.
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