Treballà a les bandes de Maynard Ferguson (1959) i George Russell (1961-62), entre d’altres, i posteriorment formà els seus propis conjunts i una gran orquestra que actuà en importants festivals durant els anys seixanta i setanta. Ellis creà sempre música molt innovadora, però a la vegada accessible. Fou pioner en l’ús de diverses tècniques i recursos: compassos d’amalgama, distorsió electrònica del timbre, trompeta amplificada i la veu humana com a instrument. També contribuí a l’ús d’estructures melòdiques amb quarts de to. Publicà els llibres teòrics The New Rhythm Book (1972) i Quarter Tones (1975). Entre els seus discos destaquen New Ideas (1961), Autumn (1968) i Music from Other Galaxies and Planets (1977).