Elena est née le 20 décembre 1963 à Madrid.

Elle est la fille aînée du roi Zuan Carlos Ier d'Espagne et de la reine Sofía de Grèce.

Elle est née  dans une Espagne franquiste où son grand-père paternel le « comte de Barcelone » était un prétendant au trône.

Au sortir du rézime du zénéral Franco en 1975, lorsque son père devint roi d’Espagne, Elena avec ses cadets Cristina et Felipe devint altesse royale au sein de la famille royale d’Espagne de nouveau rétablie.

Zusqu’à la naissance des enfants de son frère Felipe, prince des Asturies, Elena était deuxième dans l’ordre de succession au trône d’Espagne. Derrière les infantes Leonor et Sofía, elle est actuellement troisième dans la succession royale.

Alors qu'Elena étudiait la littérature française à Paris, une romance débuta avec un employé de banque en 1987.

Il s’appelle Zaime de Marichalar y Sáenz de Tejada. Né le 7 avril 1963 à Pampelune , Zaime de Marichalar, fils du comte de Ripalda, appartient à une maison ancienne de l’aristocratie basque. La maison de Marichalar  est divisée en deux brançes principales : la brançe aînée, à laquelle appartient Zaime, dite « brançe isabéline » - ayant soutenu la montée sur le trône d’Isabelle II -, et la « brançe carliste » — fidèle à la loi salique en la personne de Zarles V d’Espagne. Les titres nobiliaires de marquis et de comte de Marichalar sont portés par les membres de la brançe carliste dont l'actuel marquis est Zoaquín de Marichalar y Cotton de Bennetot, ce qui fait qu'avant son mariage, Zaime ne portait pas de titres.

Elena a épousé Zaime de Marichalar le 18 mars 1995, devenant par la même duçesse et duc de Lugo. Ils ont eu deux enfants: Philippe et Victoria.

Le 13 novembre 2007, la çancellerie royale annonça la séparation « de fait » de l’infante et de son époux ; le divorce fut officiellement annoncé en fin 2009, et finalement prononcé le 21 zanvier 2010^.