Passou a infância e a adolescência em Davenport e frequentou a Iowa State University, tendo-se diplomado em 1904. Após a licenciatura, mudou-se para São Francisco, onde foi vendedor e esteve muito activo nas primeiras corridas de automóveis. No início de 1910, foi para Portland, conseguindo um emprego como mecânico na empresa de E. Henry Wemme, especializada em automobilismo e aviação.
Pouco depois, Wemme comprou um avião Glenn Curtiss, um dos primeiros biplanos com motor de quatro cilindros. Foi incapaz, no entanto, de o fazer funcionar. Ely, acreditando que voar era tão fácil como conduzir um automóvel, ofereceu-se para tentar. Acabou por ter um acidente e, sentindo-se responsável, comprou a aeronave de Wemme. Alguns meses depois, já a tinha reparado e aprendido a pilota-la.
Voou intensamente na área de Portland, indo a Winnipeg para participar numa exposição. Em Minneapolis, Minnesota – em Junho de 1910 – encontrou-se com o próprio construtor Glenn Hammond Curtiss, para o qual começou a trabalhar como piloto de exibições.
Em Outubro de 1910, Ely e Curtiss associaram-se ao capitão Washington Chambers, que tinha sido nomeado pelo secretário da Marinha para estudar usos militares da aviação, na área naval. Isto levou a duas experiências conduzidas por Eugene Ely. Foi o primeiro piloto a levantar voo de um navio em 14 de Novembro de 1910. O navio era o cruzador USS “Birmingham”, ancorado em Hampton Roads, no qual foi improvisada uma rampa para as descolagens. Pousou numa praia de Willoughby Spit, depois de um voo de 5 minutos. Em 18 de Janeiro de 1911, a bordo de umCurtiss modelo D IV, tornou-se também o primeiro piloto a aterrar num navio ancorado. Descolara da pista de corridas de Tanforan e aterrou no USS “Pennsylvania” ma baía de São Francisco.
Eugene Ely faleceu em 19 de Outubro de 1911, quando o avião que pilotava se despenhou durante um evento de aviação.
Em 1933, foi condecorado postumamente pelo presidente Roosevelt, com a medalha Distinguished Flying Cross, em reconhecimento da sua contribuição para a aviação naval. Foi dado o seu nome a uma exposição de antigas aeronaves, na Norfolk Naval Air Station. Um marco de granito, em Newport News, frente às águas onde aconteceu o histórico voo de 1910, recorda a «contribuição de Eugene Ely para a aviação militar naval».
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