Avant de s'aventurer sur la route des pôles, Ellsworth se forgea une expérience d'arpenteur et mena plusieurs prospections topographiques entre 1903 et 1905 dans le cadre de construction de voies ferrées et de recherche minière au Canada. Il mit ses compétences au service de l' U.S. Biological Survey durant cinq ans.

C'est pendant la première guerre mondiale qu'il fut formé comme aviateur. Il y rencontra notamment Amundsen.

En 1924, il mena pour l'université de Johns Hopkins (Baltimore, Md.), une étude topographique qui l'amena à explorer en avion les Andes, le bassin du fleuve d'Amazone jusqu' aux rivages pacifiques du Pérou.