Елисавета Фьодоровна е родена на 1 ноември 1864 г. в Дармщат като германска принцеса, дъщеря на великия херцог Лудвиг IV и британската принцеса Алиса. Тя е внучка на кралица Виктория и сестра на бъдещата руска императрица Александра Фьодоровна. След ранната смърт на майка си през 1878 г. известно време е възпитавана в Англия. През 1884 г. се омъжва за великия княз Сергей Александрович, брат на император Александър III, и се установява в Русия. През 1891 г. приема православието по личен избор, а не по законова необходимост.

Сергей Александрович става московски генерал-губернатор, а Елисавета постепенно се утвърждава като една от най-видимите фигури в благотворителността в града. На 4 февруари 1905 г. той е убит с бомба от революционера Иван Каляев. Трагедията променя живота ѝ: тя посещава убиеца в затвора и му носи послание за прошка, а по-късно моли император Николай II присъдата му да бъде заменена, но молбата ѝ е отхвърлена. Вместо да се оттегли в траур, великата княгиня продава част от бижутата си и насочва средства към помощ за бедни и болни.

През 1909 г. в Москва е открита Марфо-Мариинската обител на милосърдието. Там сестрите обучават медицински кадри и поддържат болница, приют за сираци, аптека, библиотека и столова, в която се приготвят повече от 300 обеда дневно. Елисавета е утвърдена за настоятелка през 1910 г., а по време на Първата световна война обителта помага и на ранени войници.

След революцията Елисавета отказва възможност да напусне Русия. На 7 май 1918 г. е арестувана и изпратена в Екатеринбург, а няколко дни по-късно е преместена в Алапаевск заедно с други членове на императорската фамилия. Задържаните са настанени в Наполната школа, а през юни режимът им е затегнат и им са отнети парите и възможността да се разхождат или да водят кореспонденция. През нощта на 18 юли 1918 г. Елисавета, сестра Варвара и още седем задържани са отведени до изоставена шахта край Алапаевск и хвърлени живи вътре, след което шахтата е атакувана с гранати и засипана. Според Православната енциклопедия Елисавета не умира веднага и успява да превърже раната на княз Йоан Константинович с част от апостолника си.

Останките ѝ са открити през октомври 1918 г. и след дълго преместване през Сибир и Китай са погребани през 1921 г. в църквата Света Мария Магдалина в Йерусалим. Руската православна църква я канонизира през 1992 г. Така животът на германската принцеса, станала руска велика княгиня, остава свързан едновременно с дворцовата история, социалната помощ и паметта за революционния терор.