Sa mère, Mirtha Medeiros, actrice et membre de l'école nationale d'Uruguay, l'emmenait, dès son plus jeune âge, assister à ses cours de théâtre. Mirtha diplômée, sa carrière est vite devenue très active et Elli était elle-même embauchée chaque fois pour les rôles d'enfant dans les pièces de théâtre ou les téléfilms.
À quatre ans, son premier rôle a été celui du fils de Madame Butterfly à l'Opéra de Montevideo. Le père d'Elli quitte le foyer alors qu'elle a cinq ans.
Elli et sa mère quittent l'Uruguay pour l'Argentine lorsqu'Elli avait 9 ans et enfin, Paris (Elli a alors 14 ans lorsqu'elle vient en France), où elle s'inscrit à l'École des Arts Appliqués qu'elle abandonne avant d'obtenir son bac : elle vient en effet de débuter comme chanteuse dans les Stinky Toys avec son compagnon Jacno. Groupe parisien de la jeune scène punk française, les Stinky Toys donnent quelques concerts dans des festivals londoniens avec The Clash et The Sex Pistols et font la couverture du Melody Maker.
Malcolm McLaren s'intéresse au groupe et emprunte à Elli l'idée des épingles à nourrice qui retiennent son jean déchiré pour en faire le symbole du punk. Le groupe qui vante l'anarchie, la fête et les excès, suscite une véritable fascination dans les milieux branchés et notamment auprès d'Alain Pacadis. Après deux albums, le groupe se sépare. Elli continue à chanter avec Jacno. Tous deux deviennent le duo techno-pop Elli et Jacno, qui a fortement influencé le son des années 1980. Jacno, fort de son succès avec Rectangle, devient producteur pour
Lio, dont la reprise des Stinky Toys, Lonely lovers, se vend à un million d'exemplaires, mais aussi pour Étienne Daho, Daniel Darc, Mathématiques Modernes,
Jacques Higelin, etc. Après plusieurs albums, Rectangle, Tout va sauter, Boomerang et
Les Nuits de la pleine lune, B.O. du film d'
Éric Rohmer, le duo se sépare et Elli Medeiros entame alors une carrière solo. Extraits de l'album Bom Bom qu'elle réalise avec son nouveau compagnon Ramuntcho Matta les singles Toi mon toit et A bailar Calypso seront deux grands hits français de 1986 et 1987 et Elli assure, pendant une semaine, la première partie du spectacle d'Étienne Daho à l'Olympia. Elle devient l'un des sex-symbols français des années 1980 et pose en couverture de Playboy. Elle a également publié des bandes dessinées dans la presse (Annie aime les sucettes, Façade, etc.), où elle confie sa passion pour le végétarisme.
Elle crée elle-même ses pochettes, mais aussi des vêtements et accessoires avec la complicité de son ami styliste Jean-Charles de Castelbajac, par exemple. Ses bandes dessinées, dessins et articles sont réunis dans l'ouvrage Images et paroles édité par Futuropolis. Parallèlement à la musique, Elli Medeiros a suivi des cours de théâtre et a tourné des films avec
Philippe Garrel,
Tonie Marshall,
Olivier Assayas, Marion Laine, Brigitte Coscas, Stéphane Giusti ou encore Christophe Rodriguez. Dans les années 1990, elle consacre son temps a ses quatre enfants et à son compagnon
Brian de Palma, tout en faisant quelques incursions dans la musique à travers des participations comme Jazz à Saint-Germain ou plus visibles au cinéma, comme dans Jet Set ou Pourquoi pas moi ? aux côtés de Johnny Halliday.
Elle publie en 2006 l'album E M, produit avec Étienne Daho et Michel Peteau, et revient au cinéma aux côtés de
Catherine Deneuve dans le nouveau film de Gaël Morel, Après lui.