高校卒業後に声優を目指し上京。野沢那智が主宰する現事務所の養成所パフォーミング・アート・センターに入学し、留年を経て卒業[2]。養成所を決めた理由は、親が野沢のことを知っていたため安心だと思ったからと語っている[3]。
初期の出演作としては2002年の『ワンだー・エディ』（第28話）、『魔王ダンテ』（第4話以降）などがある。2005年の『おくさまは女子高生』の堀口かすみ役が最初のレギュラー役出演、2007年の『らき☆すた』の高良みゆき役で知名度を上げて以来、2008年には『マクロスF』のシェリル・ノーム役、『ネオ アンジェリーク』のアンジェリーク役やOVA『舞-乙HiME 0〜S.ifr〜』のレナ・セイヤーズ役などを担当した。
インターネットラジオ番組『Plume物語』内では、水野愛日、河原木志穂と共に声優ユニット・Plume（プリュム）を結成していたが、現在は活動休止中。
テレビアニメ『らき☆すた』オープニングテーマ『もってけ!セーラーふく』が第12回アニメーション神戸で主題歌賞（ラジオ関西賞）を受賞、2008年、第2回声優アワードにて平野綾、加藤英美里、福原香織と共に歌唱賞を受賞[4]、2009年、第3回声優アワードにて助演女優賞を受賞[5]。
2013年8月8日、自身のブログで結婚を報告した[6]。
養成所時代の頃は演劇が苦手であり、師匠的存在の野沢那智によれば「演劇が嫌だ」と言っていたこともあるという。本人は「芝居はやりたいが、ラブシーンを演じるのが嫌」で、それが原因で卒業させてもらえなかったという逸話もある。野沢はそれに関して「よしじゃあ、ラブシーンのない芝居を作ろう」と語ったこともある[2]。また、本人は元々声優がやりたかったので「声優の前に俳優であれ」という校長の言葉に周囲が重くなり、クラスの中と学校で「声優になりたい人」と言われたときに遠藤だけが手を上げていたという。

【マクロスF　シェリルノーム　射手座午後九時Don't be late】

【マクロスF ダイアモンドクレバス　シェリルノーム YouTube】