Часть детства провел в деревне Шпаньково под Гатчиной, Санкт-Петербургская губерния, где настоятелем лютеранского прихода служил его отец, Юха Сааринен. Учился в Гатчинской прогиманзии. В 1893—97 учился в Гельсингфорсе (Хельсинки) в Университете (живописи) и в Политехническом институте (архитектуре). С 1903 по 1923 годы жил на собственной вилле Виттреск (Hvittr?sk) под Хельсинки, первоначально вместе со своими компаньонами по архитектурному бюро - Армасом Линдгреном и Германом Гезеллиусом. Дважды был женат, второй раз женился в 1904 году на сестре Гезеллиуса - Лойе. Двое детей от этого брака - дочь Эва-Лиза и сын Ээро, впоследствии выдающийся американский архитектор. В 1923 году эмигрировал с семьей в США. Большую часть времени там прожил на территории возглавляемой им Академии искусств Кранбрук (Cranbrook), Блумфилд-Хиллс (Bloomfield-hills), штат Мичиган.
Во время учебы свел знакомство с Армасом Линдгреном и с Германом Гезеллиусом, с которыми в 1898 году организовал архитектурное бюро Gesellius-Lindgren-Saarinen. Вскоре финское трио приобрело международный успех после демонстрации павильона Финляндии на Всемирной выставке в Париже 1900 года. Среди прочих построек на выставке, выполненных в эклектичном стиле, произведение финнов оказалось ярким манифестом новой архитектуры. Соединение идей немецкого югендстиля, неороманской архитектуры Генри Ричардсона, приемов народного зодчества и фольклорных мотивов породило новое стилевое направление «национальный романтизм», ставшее на несколько лет магистральным в Финляндии и распространившееся в соседние регионы Российской Империи («национальный романтизм» в Латвии и «северный модерн» в Санкт-Петербурге. На волне успеха зодчие строят ряд многоквартирных домов в финской столице и роскошные виллы под Гельсингфорсом и Выборгом. Соединение архитектуры, скульптурного орнамента и дизайна интерьеров сделало эти постройки комплексными произведениями искусства. В собственной вилле Виттреск (Hvittr?sk) компаньоны жили и работали вместе до прекращения сотрудничества в 1905 году, когда из состава бюро вышел Армас Линдгрен.
Следующим этапным произведением Сааринена стало здание вокзала в Гельсингфорсе. Первоначальный конкурсный проект в стиле национального романтизма был переработан к 1910 году в новаторскую композицию, эффектно сочетающую романтическую внушительность и остро-современный облик. Постройка вокзала вызывала мировой интерес и стала программным образцом зарождавшегося стиля арт-деко. Вокзал в Выборге, проекты ратуш для городов Финляндии и церковь св. Павла в Тарту стали продолжением этой линии в творчестве архитектора. До 1907 года Сааринен продолжал сотрудничество с Германом Гезеллиусом, после работал самостоятельно. В этот же период Сааринен пробует себя в области градостроительства, выполняя проекты планировки Будапешта, Канберры, Таллина и районов Хельсинки. Неосуществленные в свое время градостроительные проекты Сааринена (особенно проект «Большой Гельсингфорс», 1915—18, основанный на принципе рассредоточения городской структуры) оказали значительное влияние на теорию и практику градостроительства в Финляндии и скандинавских странах после 2-й мировой войны 1939—45.
В 1922 году Сааринен, наряду с такими известными европейскими архитекторами как Адольф Лоос и Вальтер Гропиус, направил проект в США на конкурс для главного офиса газеты Chicago Tribune в Чикаго. Первую премию получил неоготический небоскреб американца Раймонда Худа, проект Сааринена занял второе место. Однако хвалебная критика, в том числе от Луиса Салливена, привлекла внимание американских архитекторов к этой работе. В итоге облик высотного здания в проекте Сааринена ощутимо повлиял на узнаваемый сегодня вид американских небоскребов 20-х годов в стиле арт-деко. На волне интереса к своей персоне в 1923 году Сааринен с семьей эмигрировал в США, где первоначально занимал должность профессора в Университете штата Мичиган. В 1924 году издатель и филантроп Джоржд Бут (George Booth) пригласил Сааринена основать и возглавить художественную академию Кранбрук (Cranbrook). Последующие годы энергия Сааринена как президента академии и главы архитектурного отделения была направлена на организационную и преподавательскую деятельность, а также строительство на ее территории. В эти годы Сааринен продолжает работать и как дизайнер, создавая интерьеры своих построек, в частности для собственного дома на территории Академии.
В конце 30-х и 40-е годы годы Элиэль Сааринен возвращается к коммерческому конкурсному и практическому проектированию, теперь уже в союзе со своим сыном Ээро и женой Луизой (Лойя) в качестве дизайнера. Они создают ряд общественных зданий в интернациональном стиле в разных городах США. Последней работой, в которой принял участие Элиэль Сааринен стало проектирование масштабного выставочного центра General Motors в Детройте, по сути уже самостоятельного произведения Ээро Сааринена.
Музеями, посвященными Элиэлю Сааринену сегодня являются вилла Виттреск (Hvittr?sk) в Кирконумми, Финляндия и собственный дом в Кранбруке (Cranbrook).
В составе архитектурного бюро Gesellius-Lindgren-Saarinen:
Самостоятельные работы:
Постройки в США:
Нереализованные проекты: