Elizabeth McGovern est la fille de deux enseignants, Katharine Woolcot et William Montgomery McGovern. Elle est la sœur de la romancière Cammie McGovern.
Elizabeth McGovern se découvre un goût pour la comédie alors qu'elle suit encore ses études, et elle se fait très vite remarquée, alors qu'elle jouait au théâtre. Elle suit alors des cours à l'American Conservatory Theater de San Francisco, puis à la Juilliard School de New-York.
En 1980 (elle est encore étudiante à Juilliard), elle obtient son premier rôle cinématographique, dans Des gens comme les autres, de Robert Redford. L'année suivante, elle commence à jouer de manière professionnelle au théâtre. Et surtout, elle se voit nommée aux Oscars pour sa prestation dans Ragtime de Milos Forman. En 1984, elle joue pour Sergio Leone dans Il était une fois en Amérique, puis dans Les moissons du printemps de Richard Benjamin. Elle aura une liaison avec son partenaire à l'écran, Sean Penn.
On la retrouve ensuite en 1989 face à Mickey Rourke dans Johnny Belle Gueule.
Elle apparaît aussi dans de très nombreuses productions télévisuelles.
En 1992, elle part s'installer avec son mari en Angleterre. A partir de ce moment là, si elle ne disparaît pas des écrans, elle se concentre avant tout sur sa carrière théâtrale.
Elizabeth McGovern est aussi musicienne, composant ses proches chansons. A partir de 2008, elle se produit sur scène, à Londres.