Елена Дементьева родилась 15 октября 1981 года в городе Москва. С Ранних лет начала заниматься теннисом и показывала впечатляющие результаты и своей игрой привлекла внимание тренеров из большого спорта.
Последовательно играя различные соревнования среди своих сверстниц Елена к 1995 году добралась до тура старших юниоров. Постепенно набираясь опыта в играх с более квалифицированными соперницами россиянка в марте 1996 года впервые достигла финала одиночного турнира (на соревновании G3 в Индонезии). За следующие четырнадцать месяцев Дементьева все чаще играет на подобных турнирах, постепенно поднимаясь в рейтинге и играя все более статусные турниры.
В мае 1997 года она впервые играет на турнирах G1 и GA, вместе с Анастасией Мыскиной добравшись до парного полуфинала в Милане, а также дебютировав на Roland Garros. В конце года Елена и Анастасия помогают национальной команде победить в юниорском Кубке Федерации, а также доходят до финала парного турнира G1 в академии Ника Боллетьери. Завершился сезон 1997 года для москвички на Orange Bowl, где она дошла до полуфинала.
В 1998 году участие москвички в юниорских турнирах было заметно более выборочным: был сделан упор на несколько крупных турниров. На первом из них - на Roland Garros - Елена одинаково успешно выступила в обоих разрядах, добравшись до полуфинала одиночного турнира и, в дуэте с соотечественницей Надеждой Петровой, сыграв в титульном матче парного турнира.
Следующим аналогичным по уровню внимания стал Чемпионат Европы, где Дементьева добралась до двух полуфиналов. Последним крупным юниорским стартом года и карьеры стал Orange Bowl: россиянка последовательно выигрывает все шесть матчей одиночного турнира и завоевывает титул; попутно обыграны Ким Клейстерс и Надежда Петрова. Данный результат позволил Елене подняться на четвертую строчку одиночного рейтинга и, фактически, завершить карьеру в данных турнирах.
Первое появление россиянки во взрослом туре приходится на конец октября 1995 года: Елена приняла участие в московском 10-тысячнике ITF и сходу смогла выиграть матч. В 1996 году сыграно четыре турнира и добыт первый титул; год спустя на парных турнирах ярко сверкнул дуэт с Анастасией Мыскиной: девушки выиграли 12 матчей подряд и завоевали три титула.
В 1998 году Дементьева получает статус профессионального игрока, а также покоряет множество новых рубежей в своей карьере. До конца сезона москвичка добивается еще несколько относительно крупных успехов: проходя сначала квалификацию на домашнем турнире первой категории WTA и добравшись до четвертьфинала 50-тысячника в Пуатье. За год удается отыграть более 150 позиций в рейтинге и войти в Top200.
В 1999 году Елена вновь значительно продвинулась в рейтинге: в конце января она впервые пробивается в основу взрослого турнира Большого шлема. В дальнейшем, до летнего грунтового сезона, Дементьева в основном набирала очки за счет участия в квалификациях турниров WTA.
К середине лета россиянка постепенно приближается к первой сотне рейтинга: добытый четвертьфинал соревнования в Ташкенте и полуфинал турнира в Палермо позволяют ей набрать достаточно очков, чтобы уже на US Open сразу сыграть основной турнир.
До конца того сезона Дементьева отметилась еще несколькими проходами квалификаций во время европейской зальной серии, что позволило ей закрепиться седьмом десятке одиночного рейтинга. Главный же успех этого года приходится на сентябрьский финал Кубка Федерации: Елена принесла единственное очко гостям, переиграв в одном из матчей Винус Уильямс.
В 2000 году Дементьева продолжила прогрессировать: в январе во второй раз подряд она добирается до третьего круга на турнире Большого шлема, а пару месяцев спустя показывает готовность к переходу на еще более высокий уровень: на связке американских хардовых турниров 1 категории она выходит в полуфинал в Индиан-Уэллсе и четвертый круг в Майами. Подъем на новые рейтинговые позиции не привел к быстрому росту собственных возможностей: на грунте Дементьева отмечается лишь четвертьфиналом на крупном турнире в Берлине, а травяной сезон из-за небольших проблем со здоровьем ограничивается и вовсе одним матчем.
В 2001 году москвичка закрепляется в Top20. Средний уровень ее результатов стабилизируется настолько, что даже не добиваясь больших успехов на турнирах Большого шлема она к концу сезона вновь отбирается на Итоговое соревнование.
В 2001 году еще дважды Дементьева оказалась битой в финальном матче турнира. В этом же году россиянка пытается пробовать себя в парных соревнованиях на элитном уровне.
Также 2001 год отмечен второй попыткой Елены выиграть Кубок Федерации: москвичка до поры смотрится одним из сильнейших игроков команды, выиграв все свои пять матчей, но в финале уступает Ким Клейстерс и именно этой победы не хватает россиянкам для титула.
В 2003 году Елена наконец выигрывает свой первый одиночный титул. В первой половине сезона Дементьева держалось на привычных за последние годы позициях, но к концу года смогла улучшить свои результаты и войти в Top10. На пути к этому добыты еще два титула, а также набраны очки за полуфиналы крупных турниров в Торонто, Нью-Хэйвене и Москве.
В парном разряде год получился менее удачен - уже к февралю распался дуэт с Гусаровой, после чего москвичка некоторое время играла парные соревнования как второстепенные, но к грунту все более регулярно стала вновь играться пара с Линой Красноруцкой: девушки выигрывают турнир в Хертогенбосе, а также несколько раз доходят до поздних стадий более крупных соревнований.
Летом 2004 года россиянка пыталась подойти на пике спортивной формы к олимпийскому турниру, но не смогла это сделать. Спад не продлился долго: вернувшись в США она уже на первом турнире вновь доходит до полуфиналах, а на следующем - на US Open - обеспечивает второй полностью российский финал турниров Большого шлема.
В конце сезона Елена выигрывает турнир в Хасселте, играет в финале Кубка Кремля и полуфинале турнира в Цюрихе. Отобравшись на Итоговое соревнование она не смогла там достойно выступить, уступив все матчи на групповом этапе. Парная часть сезона принесла дебют на Олимпийских играх, а также продуктивное сотрудничество с Ай Сугиямой: дуэт отметился в полуфиналах на US Open и в Москве.
В 2005 году россиянка сохранила свои позиции в первой десятке одиночного рейтинга: добыты еще несколько четверть- и полуфиналов, но в решающих матчах число проигранных финалов на турнирах WTA к концу сезона достигает десяти. На турнирах Большого шлема россиянка в четвертый раз за карьеру достигает полуфинальной стадии.
В этом же году в третий раз при участии Дементьевой сборная России штурмует финал Кубка Федерации. Находившаяся до того в сборной на вторых ролях москвичка смогла стать лидером команды, принеся ей титул и поучаствовав в каждой из трех побед россиянок.
Стабильность результатов несколько упала в 2007 году : Дементьева провела большую часть сезона во второй десятке и впервые за восемь лет не попала на Итоговый. Сезон, впрочем, завершился позитивным результатом: в третий раз дойдя до финала домашнего турнира высшей категории россиянка наконец смогла там победить.
В 2008 году прежняя стабильность вернулась: Дементьева поднялась на свои обычные позиции в Top10, пять раз побывала в финалах турниров WTA, выиграла сразу семнадцать матчей на турнирах Большого шлема. Третьего финала подобных турниров, однако, добыть не удалось: во Франции помешала набиравшая ход Динара Сафина; в Великобритании - Винус Уильямс, а в США - Елена Янкович. В августе россиянка в третий раз приняла участие в Олимпийских играх и на этот раз смогла не только дойти до решающего матча одиночного турнира, но и завоевать золотую медаль. В титульном матче была переиграна соотечественница Динара Сафина. В интервью после финального матча Елена сказала:
В конце года Дементьева сыграла на Итоговом турнире, где впервые с момента дебюта на подобных соревнованиях смогла добраться до полуфинала.
В 2009 году, сотрудничая с Андреем Ольховским, Елена предприняла новую попытку выиграть турнир Большого шлема и возглавить одиночный рейтинг. Сезон начался с серии из пятнадцати побед подряд, однако в самый нужный момент москвичка вновь проиграла - в полуфинале Australian Open она уступает Серене Уильямс. После этого результаты падают на обычные уровень и набранного хватает на то, чтобы к апрелю подняться на третью строчку рейтинга. Американка же встала на пути Елены и на Уимблдоне, переиграв россиянку в полуфинале. В конце года Дементьева была близка к своему второму подряд полуфиналу на Итоговом, но в решающем матче она не смогла переиграть Светлану Кузнецову.
В 2010 году Елена провела свой последний сезон в профессиональном туре. Год вновь прошел достаточно стабильно, позволив россиянке третий год подряд сохранить место в числе десяти сильнейших теннисисток мира, но стали давать о себе проблемы со здоровьем: несколько отказов привели к тому, что в какой-то момент москвичка взяла паузу в выступлениях и впервые за более чем 11 лет пропустила один из турниров Большого шлема. В мае была предпринята последняя попытка дойти до финала турнира подобной серии: Елена при благоприятной сетке дошла до полуфинала Roland Garros, где из-за болей в левой икроножной мышце вынуждена была прекратить борьбу досрочно.
В конце октября, по окончании своего последнего матча на Итоговом турнире, Дементьева объявила о завершении профессиональной карьеры. После ухода из большого спорта Елена посвятила свободное время журналистике. По этому профилю получила образование. Дементьевой периодически поступали предложения комментировать соревнования по теннису, однако с появлением семьи и детей все свободное время спортсменка решила посвятить им.
Дементьева играла за сборную России в Кубке Федерации, участвуя в матчах турнира в 1999, 2001-03, 2005-06 и 2009-10 году. За это время москвичка приняла участие в 18 матчевых встречах, сыграв 27 одиночных и 8 парных матчей, в которых суммарно были одержаны 26 побед. Трижды ей доверяли право принять участие в финалах этого турнира.