Народилася в Нью-Йорку 27 лютого 1869 другою з чотирьох дочок Монтгомері і Гертруди Гамільтон. Провела дитинство у Форт-Вейні, штат Індіана. Навчалася спочатку вдома, потім — у школі міс Портер у Фармінгтоні, Коннектикут.
Стала першою жінкою, яка отримала посаду на факультеті Гарвардського університету. У 1910 р. Гамільтон стала однією з членкинь Комісії з професійним захворюванням Іллінойсу — першого комітету подібного роду в Штатах. За наступні 10 років взяла участь у вивченні цілого ряду пов'язаних з гігієною праці проблем — як рівня штату, так і рівня всієї країни. Поступово вибрала собі більш вузьку спеціалізацію — вирішила зайнятися вивченням індустріальних токсинів та їх впливу на організми робітників. Створена Гамільтон лабораторія стала першою в країні; результати її досліджень справили справжню революцію в гігієні праці. У 1919 Гамільтон стала помічницею професора на факультеті гігієни праці в Медичній школі Гарварду, до неї жінок-викладачів у цій школі не було. З 1924 до 1930 була єдиною жінкою Комітету з охорони здоров'я Ліги націй. У 1935 залишила Гарвард і стала консультанткою одного з урядових комітетів; але остаточно зв'язку з Гарвардом не розірвала. Померла Еліс Гамільтон 22 вересня 1970-го у віці 101 рік.
Вивчала бактеріологію і патологію в університетах Мюнхена та Лейпцига. Повернувшись у Штати, продовжила навчання на медичному факультеті Університету Джона Хопкінса.
1893 р. — отримала на медичному факультеті Університету Мічигану ступінь доктора медицини. У 1897 р. переїхала в Чикаго; через деякий час отримала ступінь професора патології у Жіночій медичній школі Північно-Західного Університету. Паралельно брала участь у діяльності створеного Джейн Аддамс проєкту по створенню поселення, живучи разом з найбіднішими учасниками цього проєкту, і почала цікавитися проблемами, з якими доводиться боротися бідним верствам населення.
Провела цілий ряд найважливіших досліджень в області токсикології, професійних захворювань і шкідливого впливу важких металів і різних хімікатів на організм людини.
