Apja Emil Key földbirtokos, liberális politikus, akinek azonban a gyermeknevelés terén rendkívül szigorú elvei voltak. Ellen nem részesült formális oktatásban, a gyerekeket otthon eleinte anyjuk, majd egy német és egy francia nevelőnő tanította. 1868-ban a család anyagi okok miatt Stockholmba költözött, Ellen itt a téli hónapokban Jenny Rossander hölgyek számára tartott tanfolyamát látogatta, emellett sokat és széleskörűen olvasott, és apja mellett a titkári teendőket is ellátta. 

1880-ban rövid ideig egy leányiskolában tanított, 1883-ban a stockholmi Munkásotthonban kezdett előadásokat tartani, a tanmenetben irodalom, történelem, művészetek, és a korabeli eszmei áramlatok egyaránt megtalálhatók voltak. Ellen Key fontosnak tartotta a népfőiskolák intézményét, ebben látta a nők továbbtanulásának egyik komoly lehetőségét.

Tanári munkája mellett rendszeresen publikált, kezdetben irodalmi esszéket, majd szociális és politikai jellegű cikkeket, különös tekintettel a nők problémáira, anyagi és erkölcsi kiszolgáltatottságukra, szavazati joguk megszerzésének fontosságára. Konzervativ körökben keményen támadták ateizmusát és a szabad szerelmet hirdető cikkeit. Nevét széles körben Om yttrande- och tryckfrihet (A szólás- és sajtószabadságról) című cikke tette ismertté. A korabeli pedagógustársadalom egyik részének komoly felháborodását, az oktatási reformok híveinek pedig lelkes helyeslését váltotta ki a Själamorden i skolorna (Lélekmérgezés az iskolában) című cikke. 

A századfordulón Ellen felhagyott a tanítással, sokat írt és előadásokat tartott, életműve több, mint harminc kötetből áll. 1900-ban jelent meg legismertebb, a mai pedagógusképzésben is alapvető jelentőségű könyve, a Barnets århundrade (magyarul A gyermek évszázada címmel adták ki). 1902-ben németül is megjelent, majd a nagy port felvert könyvet több nyelvre lefordították és így az egész világon ismertté vált. A Lifslinjer-ban (Életvonalak) azt mutatja be, milyen izgalmas intellektuális életet élhetnek a független és erősakaratú nők. A Kvinororelsen (A nőmozgalom) című könyvében feminista nézeteit, a nők erejébe vetett hitét, a Kriget, freden ochframtiden-ben (Háború, béke és a jövő) pedig pacifista meggyőződését hirdeti. 

Ellen Key 1926. április 25-én halt meg.