Edgar Georg Ulmer wurde am 17. September 1904 während eines Ferienaufenthaltes seiner jüdischen Eltern in Olmütz, damals Österreich-Ungarn (heute: Tschechien), geboren. Die Familie lebte in Wien. Sein Vater starb während des Ersten Weltkriegs an einer Infektionskrankheit, dem sogenannten "Schützengrabenfieber", sodass der damals elfjährige Edgar und seine drei jüngeren Geschwister in der alleinigen Obhut der Mutter verblieben. Nach eigener Aussage besuchte Ulmer eine Jesuitenschule, wo er (angeblich) erstmals erfuhr, dass er jüdisch ist.

1918 schickte eine jüdisch-amerikanische Hilfsorganisation die beiden jüngsten Geschwister nach England und Holland und Edgar, jetzt 14, und Carola, neun, nach Schweden, wo Edgar ein Jahr lang bei vier verschiedenen Familien lebte – eine Zeit, die ihn nach Aussage seiner Tochter Arianne sehr positiv prägte ("Er hat immer mit großer Zuneigung von Schweden gesprochen").

1919 kehrte Ulmer zurück nach Wien, lebte allerdings nicht bei seiner neu liierten Mutter, sondern in der Familie eines befreundeten Schauspielers, Joseph Schildkraut. Dessen Vater Rudolph war ebenfalls Schauspieler und verschaffte Edgar G. Ulmer, so zumindest die Erzählung von Arianne Ulmer, einen Platz an der Schauspielschule von Max Reinhardt, wo man ihn jedoch bald dem Bühnenbild zugeteilt habe. Vom Alter her (mit 15 Jahren) erscheint dies allerdings unwahrscheinlich, auch wenn Ulmer sich damals angeblich gerne ein paar Jahre älter machte. Anderen Quellen zufolge studierte er um 1919/20 an der Wiener Akademie für angewandte Kunst, was noch unwahrscheinlicher wirkt.

Generell ist Ulmers eigene Darstellung seiner Biografie von Legendenbildung durchzogen. So konstatierte der Filmwissenschaftler Stefan Grissemann in seiner Ulmer-Monografie (2003), dass Ulmer "ein Mann mit Lust an der Legendenbildung, an der Heiligsprechung seiner selbst" gewesen sei; seine Angaben in zahlreichen Interviews seien "nachweislich weit übertrieben" und teilweise "schlicht erlogen".

So berichtete Ulmer später, dass er 1920 (mit 16 Jahren!) Max Reinhardt nach Berlin gefolgt sei, wo er unter anderem am Szenenbild des Stummfilmklassikers "Der Golem, wie er in die Welt kam" (1920) mitgewirkt habe – belegt ist nichts davon. Seine ersten dokumentierten Arbeiten beim Film datieren auf 1923/24, mit Szenenbild-Assistenzen bei "Die Finanzen des Großherzogs" (auch Regie-Assistenz) und "Der letzte Mann".

Ulmers eigentliche Filmkarriere begann jedoch in den USA, wohin er im Frühjahr 1924 reiste. Von dem deutschen Auswanderer Carl Laemmle erhielt er eine Stelle in dessen Universal Studios, wo er sich laut Laemmle im Lauf der Jahre hocharbeitete (und nicht, wie er selbst behauptete, direkt als "Assistant Chief Art Director" anfing). Er assistierte dem Szenenbildner Rochus Gliese bei F. W. Murnaus "Sunrise" (US 1927) und wirkte an den Bauten zu "City Girl" (US 1930) mit; bei Murnaus Südseefilm "Tabu" (US 1931) fungierte er als Produktionsleiter und wirkte an Drehbuch und Schnitt mit (später beanspruchte er, den Film nach Murnaus Tod fertiggestellt zu haben, wobei dieser erst in der Woche vor der Premiere ums Leben kam).

1929/30 war Ulmer eine Woche lang Regisseur des semidokumentarischen Klassikers "Menschen am Sonntag", der schließlich von Robert Siodmak vollendet wurde. Dass Ulmer an "Metropolis" (1926) und "M" (1931) mitgearbeitet hat, wie er später in einem Interview mit Peter Bogdanovich behauptete, wurde von Fritz Lang stets bestritten.

Um 1929/30 siedelte Ulmer endgültig in die USA über. Seinen ersten abendfüllenden Film drehte er mit "Damaged Lives" (CN/US 1933) einem Aufklärungsdrama über Syphilis im Auftrag des Canadian Social Hygiene Council – in den USA wurde der Film zunächst verboten.

Größere Bekanntheit erlangte er 1934 mit der Universal-Produktion "The Black Cat" ("Die schwarze Katze") nach Edgar Allan Poe, mit Boris Karloff und Bela Lugosi in den Hauptrollen. Während der Dreharbeiten begann er eine Liaison mit dem Scriptgirl Shirley Alexander, die jedoch mit dem Neffen des Universal-Gründers Carl Laemmle verheiratet war. Laemmle zeigte sich über die Beziehung so verärgert, dass er Ulmer und Alexander in Hollywood auf eine Schwarze Liste setzte. Die letzte Arbeit der beiden an einem Hollywood-Film war "Thunder Over Texas" (1934), den Shirley Alexander schrieb und Ulmer inszenierte, während Shirleys Noch-Ehemann Max als Produzent fungierte.

1935 heiratete das Paar. In Hollywood geächtet, hielten die beiden sich mit Auftragsarbeiten für kleine Filmfirmen in New York über Wasser. Bis 1940 drehte Ulmer an der Ostküste Spielfilme über (und für) ukrainische Migrant*innen (u.a. "Natalka Poltavka", 1937; "Cossacks in Exile", 1939) sowie einige, teils selbst produzierte jiddische Melodramen, von denen "Green Fields" ("Grine Felder", US 1937) und "The Singing Blacksmith" ("Yankl, der Shmid", US 1938) die bekanntesten sind.

Kurz vor und in den ersten Jahren des Zweiten Weltkriegs realisierte Ulmer für die US-Gesundheitsbehörde und die US-Armee Aufklärungs-, Trainings- und Lehrfilme. Erst 1942 konnte er wieder in Hollywood Fuß fassen, wenn auch nicht bei großen Produktionsfirmen, sondern bei sogenannten Poverty Row-Studios. Binnen weniger Jahre erwarb er sich einen Ruf als "König der B-Movies": Jeweils innerhalb weniger Tage drehte er Low-Budget-Genrefilme, teils in Zusammenarbeit mit deutschen Emigranten wie Eugen Schüfftan (Kamera), Leo Erdody (Musik) oder Paul Dessau (Musik).

Zu Ulmers bekanntesten Filmen dieser Ära gehören der Südseefilm "Isle of Forgotten Sins" (1943), der Film Noir "Strange Illusion" ("Stimme aus dem Jenseits", 1945), der Abenteuerfilm "The Wife of Monte Cristo" ("Die Gräfin von Monte Christo", 1946) und das Melodram "The Strange Woman" mit Hedy Lamarr (1946). Als seine Meisterwerke gelten heute der Thriller "Detour" ("Umleitung", 1945) und das kapitalismuskritische Drama "Ruthless" ("Ohne Erbarmen", 1947).

Mit "The Man from Planet X" ("Der Mann von Planet X", 1951), drehte er einen frühen Science-Fiction-Film, gefolgt von Genrebeiträgen wie dem Film Noir "Murder is My Beat" ("Mord ist mein Geschäft", 1955), dem Western "The Naked Dawn" ("Santiago - der Verdammte", 1955), dem Horrorfilm "Daughter of Dr. Jekyll" ("Die Totengruft des Dr. Jekyll", 1957) und dem Sci-Fi-Film "The Amazing Transparent Man" (1960). Auch dies allesamt B-Produktionen.

Ab Ende der 1940er-Jahre drehte Ulmer auch mehrfach in Europa, vor allem in Italien. Dort inszenierte er die Abenteuerfilme "I pirati di Capri“ ("Piraten von Capri", 1949) und "L'amante di Paride" (1954, mit Hedy Lamarr). Zusammen mit Frank Borzage führte er 1961 bei dem Fantasy-Abenteuerfilm "Antinea, l'amante della città sepolta" ("Die Herrin von Atlantis", IT/FR 1961) Regie, in dem Jean-Louis Trintignant mitwirkte.

Während der Dreharbeiten zu dem Weltkriegsdrama "90 Nächte und ein Tag" (IT/DE 1964) erlitt Ulmer einen Herzinfarkt. Zu diesem Zeitpunkt befand seine Karriere sich schon länger im Niedergang. Als er wenige Jahre später die TV-Serie "The Doris Day-Show" vorbereitete, erlitt er mehrere Schlaganfälle. Trotzdem versuchte er unermüdlich, im Geschäft zu bleiben – ohne Erfolg.

Am 30. September 1972 starb Edgar G. Ulmer in Woodland Hills, Kalifornien, USA.