Flávia Júlia Helena nasceu em meados do século III na Bitínia, província do Império Romano no Golfo da Nicomédia (hoje, Turquia), provavelmente na cidade de Drepamin (posteriormente Helenópolis, em sua honra). Era de família plebeia e pagã, trabalhando como estabulária, ou seja, a estalajadeira encarregada dos estábulos. Casou-se com Constâncio Cloro, um tribuno militar, que a levou para Dardânia, nos Bálcãs.
Em 272 nasceu Constantino, filho do casal, em Naissus, atual Sérvia. Constâncio participou como corregente, junto com Galério (“Césares”), da Tetrarquia de Dioclesiano e Maximiano (“Augustos”), que governou Roma neste período, mas para isso teve que se divorciar de Helena e casar-se com Teodora, enteada de Maximiano, pois a lei romana não reconhecia o casamento entre nobres e plebeus. Helena permaneceu humildemente em segundo plano, fiel ao esposo, e pôde ter contato com e influência sobre o filho, que fazia carreira no exército e foi elevado à corte de Diocleciano.
No ano 312, após vária mudanças políticas na Tetrarquia, Constantino derrotou Maximiano II (Magêncio, Maxêncio, ou Maximino, filho do tetrarca Maximiano), na batalha do rio Tibre em Roma, tornando-se imperador único e absoluto. Neste confronto, estava em desvantagem, mas teve antes a visão de uma cruz luminosa no céu, com as palavras “Com este sinal vencerás”. Mandou pintar a cruz nas suas bandeiras, e milagrosamente venceu. Constantino, como Helena, era contrário à perseguição aos cristãos; após este acontecimento, o imperador passou a apoiá-los, e no ano seguinte, com o famoso Edito de Milão de 313, concedeu a liberdade religiosa aos católicos, encerrando a perseguição em todo o império. Helena se fez logo batizar, mas Constantino, apesar de ser considerado o primeiro imperador romano cristão, só quis ser batizado próximo da sua morte, em 337.
Helena, mãe do imperador Constantino Magno, recebeu dele primeiro o título de “Mulher Nobilíssima”, e depois o de “Augusta”, honraria maior do império. Passou a viver na corte e se dedicar à expansão do Cristianismo, promovendo a evangelização, construindo igrejas e mosteiros, e patrocinando obras assistenciais para pobres e enfermos, bem como intercedeu pela libertação de presos e o retorno de exilados. Ela não se deixou contaminar pelos faustos imperiais, e consta que participava das celebrações religiosas modestamente vestida, confundindo-se com a população, e que servia pessoalmente a pessoas com fome, as quais convidava para as refeições.
Já idosa, com quase 80 anos, fez uma peregrinação à Terra Santa, um grande desejo seu. Lá hospedou-se num convento, onde participava piedosamente das orações, e mandou construir vários mosteiros. Empenhou-se particularmente em descobrir as relíquias da Santa Cruz de Cristo, auxiliando nas escavações que fazia o bispo Macário. Por fim, no Gólgota foram encontradas três cruzes, sob um templo pagão que ela mandara derrubar.
Um milagre apontou qual delas era a de Cristo: segundo uma versão, um morto ressuscitou ao ser colocado sobre ela, e não sobre as outras duas; outra versão relata a cura de uma mulher agonizante, pelo mesmo processo. Os três cravos que prenderam Jesus ao Madeiro foram levadas para Constantino, e uma delas foi encastoada na Coroa de Ferro, hoje na catedral de Monza, para lembrar a submissão que devem ter todos os governantes ao Rei dos reis. As Santas Relíquias são conservadas na basílica de Santa Cruz de Jerusalém.
A descoberta de Santa Helena foi registrada pelos escritores Sulpicius Severus e Rufinus no século IV. Mas ela procurou ainda o local do nascimento de Jesus e o local no Monte das Oliveiras onde o Cristo falou aos Apóstolos antes da Ascensão. Em cada um dos lugares construiu uma igreja, respectivamente a Basílica da Natividade em Belém e a da Ascensão no Monte das Oliveiras, a qual recebeu mais tarde o seu nome.
Voltando a Roma, já pressentindo a morte, Helena faleceu em 329 ou 330, com 80 anos, assistida pelo imperador seu filho.
Há uma ilha isolada no sul do Oceano Atlântico chamada Santa Helena (onde foi exilado, por ter somente costas rochosas sem praias, o imperador francês Napoleão Bonaparte, lá falecido em 1821), descoberta em 1502 pelo navegador galego João da Nova no dia 18 de agosto, festa da santa, e que por isso recebeu o seu nome.