Nace en Pensilvania, capital del estado australiano de Tasmania, hija de un matrimonio de médicos. Se mudó con su familia a la ciudad de Launceston con cuatro años, allí estudió en la escuela secundaria para niñas de Broadlan House Church of England (que más tarde se unió con la escuela Launceston Church Grammar School) hasta los dieciséis años. En el año 1970 obtuvo una licenciatura en ciencias y más tarde en 1972 una maestría, ambas de la Universidad de Melbourne en el campo de la bioquímica. Años más tarde se mudaron a Melbourne, donde se matriculó en University High School, donde obtuvo unas notas muy altas en los exámenes finales de acceso a la universidad de Prinston.
Estudió Bioquímica en la Universidad de Melbourne y se doctoró en Biología Molecular en 1975 por la Universidad de Cambridge. Mientras estudiaba el doctorado, estuvo trabajando con Frederick Sanger desarrollando métodos para secuenciar el ADN usando ARN, así como también estudiando el bacteriófago Phi X 174.En la Universidad de Cambridge conoció a John Sedat, también biólogo molecular, con quien se casaría y en 1986 tendrían un hijo, al que llamaron David Benjamin.
Comienza a estudiar los telómeros en la Universidad de Yale en 1975, pasando a la Universidad de California en Berkeley. En 1984, descubre junto a Carol Greider la enzima telomerasa, y un año después, la aíslan. Es entonces cuando comienzan a crear telómeros artificiales con el fin de estudiar la división celular y así poder controlarla. En 1986 es nombrada directora de laboratorio, convirtiéndolo en líder mundial en la manipulación de la actividad de la telomerosa en las células.
En 1993 es nombrada directora del departamento de Microbiología e Inmunología. En 1990 se trasladó a la de San Francisco, donde ha trabajado en dos departamentos: bioquímica-biofísica y microbiología-inmunología.
En 2001, Elizabeth Blackburn ingresó en la Comisión de Bioética de los EE. UU., pero se retiró en 2004 en desacuerdo con las restricciones que la administración de George W. Bush imponía en la investigación celular.
Desde 2003 tiene también nacionalidad estadounidense.
Actualmente es profesora del departamento de Bioquímica y Biofísica y jefa del Laboratorio Blackburn que es líder mundial en la manipulación de la actividad de la telomerasa en las células.
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