Nato a Baltimora nel 1962, si laurea nel 1984 alla University of Virginia e inizia subito a lavorare per MTV, nata pochi anni prima. Dopo aver diretto una serie dal taglio quasi sperimentale, "Buzz", che diventa il primo prodotto di MTV distribuito a livello internazionale, inizia a girare videoclip per alcuni dei maggiori artisti in circolazione, diventando uno specialista del genere. Attivissimo tuttora nel settore, in 30 anni Pellington ha collaborato con nomi del calibro di U2, Pearl Jam (il suo "Jeremy" resta uno dei video più popolari di sempre), Michael Jackson, Linkin Park, Foo Fighters, Bruce Springsteen, Nine Inch Nails, Alice in Chains, Public Enemy, INXS, The Flaming Lips. Nel 1992 cura le immagini proiettate sui multischermi del faraonico Zoo TV Tour degli U2 e lo stesso anno è il direttore creativo di un'installazione video su 5 megaschermi all'Expo di Siviglia, The Memory Palace, realizzata insieme allo scrittore William Gibson e ai musicisti Brian Eno e Peter Gabriel. Dopo aver lavorato come documentarista per la PBS, per cui dirige tra gli altri "The United States of Poetry", nel 1997 esordisce finalmente sul grande schermo con "Vivere fino in fondo", con Jeremy Davies, Ben Affleck e Rachel Weisz. Due anni dopo firma Arlington Road - L'inganno, con Jeff Bridges, Tim Robbins e Joan Cusack, un thriller politico controverso che ottiene grandi riscontri di critica e pubblico e segna la sua affermazione definitiva nel cinema. Il successo si ripete nel 2002 con "The Mothman Prophecies - Voci dall'ombra", interpretato da Richard Gere e Laura Linney, mentre l'anno successivo Pellington firma sette episodi della serie di culto "Cold Case - Delitti irrisolti". Nel 2006 gira "U2 3D", documentario innovativo sul nuovo tour della band irlandese che utilizza tecnologie di riprese tridimensionali all'avanguardia per l'epoca e che viene presentato anche nelle sale IMAX. Al cinema ritorna con una commedia, "Henry Poole - Lassù qualcuno ti ama" (2008), con Luke Wilson, seguito nel 2011 da I "Melt with You", con Thomas Jane, Rob Lowe, Jeremy Piven. Nel frattempo continua a collaborare con canali televisivi come ABC e CBS, dirigendo i pilot delle serie "Red Window" (2012), "Secret Lives of Husbands and Wives" (2013), "Anatomy of Violence" (2013) e la popolare "Blindspot" (2015), di cui rimane anche produttore esecutivo. Nel 2017 dirige "Adorabile nemica", con Shirley MacLaine e Amanda Seyfried, il suo sesto film per il cinema.