Родилась 17 августа 1957 г. в Архангельске.
В 2000 г. окончила Северный институт предпринимательства по специальности "юриспруденция" и Российскую академию государственной службы при президенте РФ по специальности "государственное и муниципальное управление".
С 1979 г. работала председателем профсоюзного комитета училища №15, которое, в частности, готовило кадры для Соломбальского целлюлозно-бумажного комбината (СЦБК; Архангельск).
В 1982-1986 гг. - методист в профкоме Соломбальского комбината. В 1988 г. была избрана заместителем председателя профкома СЦБК.
С 1990 г. - заместитель председателя областного комитета профсоюза работников среднего и малого бизнеса.
В 1990-х гг. возглавляла общественную областную организацию "Союз деловых женщин".
С 1999 г. перешла на работу в администрацию Архангельской области (губернатор - Анатолий Ефремов). В том же году стала председателем созданного Комитета по делам семьи, женщин и детей, занимала этот пост до 2005 г.
Была избрана вице-президентом Ассоциации женщин-предпринимателей России.
В декабре 2004 г. стала депутатом Архангельского областного собрания депутатов четвертого созыва, баллотировалась от регионального отделения партии "Родина". Исполняла депутатские обязанности на постоянной основе. С 2005 г. была заместителем председателя областного собрания.
В 2006 г. "Родина" вошла в состав образованной партии "Справедливая Россия: Родина/Пенсионеры/Жизнь" (лидер - Сергей Миронов, председатель Совета Федерации в 2001-2011 гг.). Елена Вторыгина вошла в президиум партии.
В 2007 г. она была выдвинута в депутаты Государственной думы РФ V созыва в составе федерального списка "Справедливой России", возглавляла региональную группу кандидатов №34 по Архангельской области.
2 декабря 2007 г. участвовала в выборах в Госдуму РФ V созыва. По итогам распределения мест в нижнюю палату парламента не прошла, однако 13 декабря того же года получила вакантный мандат лидера партии "Справедливая Россия" Сергея Миронова, отказавшегося от места в Думе. Стала членом фракции "Справедливая Россия", комитета по делам семьи, женщин и детей.
В марте 2009 г. и в октябре 2010 г. баллотировалась в Архангельское областное Собрание депутатов и Законодательное собрание Новосибирской области соответственно от "Справедливой России", после избрания отказывалась от мандатов.
18 мая 2011 г. Законодательное собрание Санкт-Петербурга приняло постановление об отзыве Сергея Миронова из Совета Федерации, в результате он лишился и места в сенате, и должности спикера верхней палаты. Спустя несколько дней, 24 мая, Елена Вторыгина заявила о добровольном сложении своих депутатских полномочий с целью передачи мандата Сергею Миронову. По словам Вторыгиной, это решение стало для нее "делом чести". Решением ЦИК Миронов был зарегистрирован депутатом Госдумы 8 июня того же года.
В 2011 г. приняла решение баллотироваться в Госдуму РФ VI созыва по списку партии "Единая Россия" (ЕР). Вступила в "Общероссийский народный фронт" (ОНФ), который вместе с ЕР организовывал праймериз по отбору кандидатов. Была включена под вторым номером в региональную группу №32 федерального списка "Единой России" от Архангельской обл. и Ненецкого автономного округа. По итогам голосования 4 декабря 2011 г. в Думу не прошла, депутатом от области и округа стал первый номер группы Владимир Пехтин.
В 2012 г. Елена Вторыгина была назначена советником губернатора Архангельской области Игоря Орлова по взаимодействию с регионами Северо-Западного федерального округа.
В марте 2013 г. Владимир Пехтин досрочно сложил свои депутатские полномочия, и 3 апреля Елена Вторыгина получила освободившийся мандат, став членом VI созыва Госдумы. Была членом фракции "Единая Россия", входила в комитеты по земельным отношениям и строительству (2013), по федеративному устройству и вопросам местного самоуправления (2014-2016).
В июле 2015 г. архангельские региональные отделения сразу двух политических партий - Российской партии пенсионеров за справедливость и "Родины" - предложили выдвинуть Вторыгину на пост губернатора Архангельской области (выборы были назначены на 13 сентября того же года). Однако ее кандидатура не прошла согласование в центральных руководящих органах этих партий и не была официально выдвинута.
18 сентября 2016 г. вновь избрана депутатом Госдумы РФ VII созыва по списку партии "Единая Россия" (третий номер региональной группы №17, Республика Коми, Архангельская и Кировская обл., Ненецкий АО). Член партийной фракции, заместитель председателя думского комитета по вопросам семьи, женщин и детей.
С 2021 г. - депутат Государственной думы РФ VIII созыва от "Единой России". Была избрана 19 сентября 2021 г. по Котласскому одномандатному избирательному округу №73 (Архангельская обл.). Набрала 29,4% голосов (второе место в округе заняла депутат Госдумы Ирина Чиркова от "Справедливой России - За правду", 19,42%). С 12 октября 2021 г. - заместитель председателя комитета Госдумы РФ по защите семьи, вопросам отцовства, материнства и детства (до 31 октября 2023 г. - по вопросам семьи, женщин и детей).
Представитель регионального штаба ОНФ в Архангельской области.
Председатель Стратегического совета общественной организации "Союз женских сил".
Сопредседатель Совета по консолидации женского движения в России (объединяет женские организации РФ), член бюро постоянного комитета по демократии и правам человека Международного парламентского союза.