Родилась 3 октября 1971 г. в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). Училась в школе при Политехническом университете, занималась в клубе космонавтики во Дворце пионеров.
В 1995 г. окончила факультет социологии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ).
Кандидат социологических наук. В 2005 г. в СПбГУ защитила диссертацию на тему "Пожилые люди в крупном городе: условия жизни и механизмы адаптации".
В 1993-1999 гг. работала в Научно-исследовательском институте комплексных социальных исследований СПбГУ.
С 1999 по 2006 г. возглавляла маркетинговое агентство "Марко" (Санкт-Петербург) и филиал исследовательской группы "Медиа Тенор" (головная компания - издательский дом "Инновацио", Швейцария) в Санкт-Петербурге.
В 2006-2007 гг. - эксперт фонда "Центр стратегических разработок" (Москва), руководитель аналитического управления центрального исполнительного комитета политической партии "Единая Россия".
С 2007 по 2011 г. заведовала кафедрой факультета журналистики Санкт-Петербургского госуниверситета.
В 2011-2014 гг. - вице-президент благотворительного фонда "Система" (Москва; создан акционерной финансовой корпорацией, АФК, "Система").
Одновременно с 2012 по 2014 г. была директором некоммерческого партнерства (НП) содействия развитию интеллектуального и творческого потенциала молодежи "Лифт в будущее", и. о. декана Высшей школы управления и инноваций (факультета) Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Проект "Лифт в будущее" - это всероссийская программа профориентации и профессионального развития, ее реализацией занимается благотворительный фонд "Система".
С 2015 г. является руководителем образовательного фонда "Талант и успех" (г. Сочи, Краснодарский край), который был учрежден в декабре 2014 г. для организации работы центра "Сириус" для одаренных детей (действует под патронатом президента РФ Владимира Путина). Попечительский совет фонда возглавляет Владимир Путин.
26 декабря 2017 г. Елена Шмелева была избрана председателем инициативной группы по выдвижению Владимира Путина кандидатом на выборы президента РФ в 2018 г. В 2018 г. была сопредседателем избирательного штаба Владимира Путина.
С 29 ноября 2018 г. - сопредседатель центрального штаба "Общероссийского народного фронта" (ОНФ; переизбрана 21 декабря 2021 г.).
19 июня 2021 г. по предложению президента России Владимира Путина съезд партии "Единая Россия" включил Елену Шмелеву в общефедеральную часть списка кандидатов (под четвертым номером) на выборы в Государственную думу РФ VIII созыва. 19 сентября 2021 г. она была избрана в Госдуму, но 28 сентября отказалась от депутатского мандата.
Возглавляет комиссию генерального совета партии "Единой России" по образованию и науке, которая была образована в октябре 2021 г. Член президиума Программной комиссии "Единой России" (с февраля 2022 г.).
30 сентября 2021 г. указом президента РФ Владимира Путина назначена членом Совета федеральной территории Сириус, Краснодарский край (согласно законодательству глава государства назначает три человека в состав представительного органа территории). 16 октября того же года члены Совета Сириуса по представлению президента РФ избрали Елену Шмелеву председателем Совета федеральной территории.
Елена Шмелева является членом Совета при президенте РФ по науке и образованию (с сентября 2015 г.), председателем совета Фонда общественных интересов "Яндекса" (с марта 2020 г.).
Награждена орденами Дружбы (2018), Александра Невского (2021). Имеет благодарность президента РФ (2015), Почетную грамоту правительства РФ (2023), Почетную грамоту президента РФ (2024).
Автор ряда научных статей, книг "Основы менеджмента печатных изданий. Современная проблематика. Практическая журналистика сегодня" (2010), "СМИ в системе антинаркотических практик" (2011). Соавтор учебного курса "Технологическое брокерство" (2014).