Nelsan Ellis est né à Harvey, dans l'Illinois. Lui et ses frères et sœurs sont devenus pupilles de l’État lorsqu'ils étaient encore enfants. Ils ont ensuite été élevés à Bessemer par leur grand-mère.

 

En Alabama, Ellis a suivi des cours à l'école Jess Lanier pendant un an, avant d'être transféré à l'école Mightory. Il est revenu en Illinois à 15 ans, où il a vécu avec sa tante maternelle. Il a été diplômé de l'école Thornridge (à Dolton) en 1997. À 17 ans, il a rejoint pendant peu de temps la Marine américaine.

 

À 21 ans, il s'est inscrit à l'école Juilliard, où il a rencontré sa future partenaire à l'écran dans True Blood, Rutina Wesley. En raison de la vraisemblance qu'il projette en incarnant Lafayette Reynolds, un homosexuel, dans la série True Blood, il avoue être souvent interrogé sur son orientation sexuelle. Mais il a bien une partenaire, Tiffany Snow, depuis 1993, avec qui il a un fils.