Elizabeth Lee McGovern nació el 18 de julio de 1961 en Evanston, Illinois, EE. UU. Comenzó a actuar en obras de teatro en North Hollywood High, se graduó de The Oakwood School y luego continuó su formación escénica en el American Conservatory Theatre en San Francisco y en la división de drama de The Juilliard School en Nueva York.

Tras un agradable debut en cine con la película ganadora del Oscar, Gente como uno (1980), dirigida por Robert Redford, su carrera fue en ascenso. Posteriormente, obtuvo también una nominación al Oscar como Mejor Actriz de Reparto por su actuación como Evelyn Nesbit en Ragtime (1981).

En 1984, protagonizó la épica de gangster de Sergio Leone, Erase una vez en América, como el interés romántico de Robert De Niro, Deborah Gelly. McGovern tuvo papeles protagónicos en otras dos películas ese año: Racing with the Moon, una historia de iniciación también protagonizada por Sean Penn y Nicolas Cage, y la comedia Lovesick, como una paciente cuyo psiquiatra (Dudley Moore) se enamora de ella arriesgando su práctica.

En 1989, McGovern interpretó a la novia de Mickey Rourke en Johnny Handsome, dirigida por Walter Hill, y el mismo año apareció como una rebelde en la película The Handmaid's Tale de Volker Schlöndorff.

McGovern co-protagonizó junto a Kevin Bacon en una comedia romántica, She's Having a Baby (1988), dirigida por John Hughes, y protagonizó la película de suspense Falso testigo (1987), dirigida por Curtis Hanson. Se asoció con Michael Caine en Un shock al sistema (1990), una comedia negra de misterio sobre un hombre que tras matar accidentalmente a un hombre en el metro, trama el asesinato de su esposa y de su jefe.

De 2010 a 2015, interpretó a Lady Cora Crawley, en la serie de televisión británica Downton Abbey, papel que volvió a colocarla en los reflectores de la prensa y ante la pluma de la crítica. McGovern es también cantante y compositora, en 2008 comenzó la banda Sadie y los Hotheads en la sala del pub The Castle en Portobello Road, Londres. La banda tiene un álbum.

La actriz ha seguido actuando en teatro, entre asignaciones de películas, en lugar de concentrarse en ser solamente una estrella de cine y una cara reconocida de Hollywood.