Елена Шмелёва родилась 3 октября 1971 года в Ленинграде. В 1995 году она окончила факультет социологии Санкт-Петербургского государственного университета, в 2005 защитила кандидатскую диссертацию на тему «Пожилые люди в крупном городе: условия жизни и механизмы адаптации», в 2014 получила степень Doctor of Business Administration Британской Академии Бизнеса.
Работала инженером в НИИ комплексных социальных исследований СПбГУ. В 1999—2006 годах возглавляла социологическое агентство и филиал исследовательской группы «Медиа Тенор», в 2006—2007 годах руководила аналитическим управлением Центрального исполнительного комитета партии «Единая Россия», в 2007—2011 была главой Института медиаисследований факультета журналистики СПбГУ. Позже занимала посты вице-президента благотворительного фонда «Система» (2011—2014), директора некоммерческого партнерства содействия развитию интеллектуального и творческого потенциала молодежи «Лифт в будущее» (2012—2014), исполняла обязанности декана Высшей школы управления и инноваций МГУ (2012—2014). С 2015 года является членом Совета при президенте России по науке и образованию.
В январе 2015 году стала руководителем фонда «Талант и успех»[4] (создал и развивает образовательный центр для одаренных детей «Сириус» в Сочи) по личному приглашению Владимира Путина, который возглавляет попечительский совет этой организации.
В 2018 году стала сопредседателем Центрального штаба Общероссийского народного фронта. Возглавляла инициативную группу по выдвижению Владимира Путина в президенты (2017), была сопредседателем его избирательного штаба. В мае 2018 года считалась одним из кандидатов на должность министра образования и науки; её связывают с негласными кураторами этой сферы — Андреем Фурсенко, Катериной Тихоновой, братьями Ковальчуками. В 2020 году стала председателем совета Фонда общественных интересов «Яндекса».
В 2021 году стала одним из пяти лидеров федерального партийного списка «Единой России» на очередных выборах в Госдуму.
После выборов 29 сентября отказалась от мандата депутата Госдумы VIII созыва.