Nacida el 10 de noviembre de 1969 en Everett, Massachusetts, a las afueras de Boston, más tarde vivió en Nueva York, Miami donde trabajo de camarera y regreso a Nueva York donde realizó su primer anuncio cuando un representante se lo propuso en el bar que trabajaba. Se sintió atraída por la actuación y tuvo algunas apariciones mínimas en series importantes además de algún papel en películas de baja categoría.
Pompeo fue dirigiendo su carrera hacia la televisión, en la cual es protagonista de la serie Anatomía de Grey. Ha aparecido en series tan importantes como Ley y Orden además de Friends.