Алёна Бабенко родилась в Кемерове. В детстве занималась музыкой и хореографией. Будучи студенткой Томского государственного университета, увлеклась театром и второе образование получила во ВГИКе, который окончила в 2000 году (мастерская Анатолия Ромашина).
С 2008 года Алёна Бабенко – актриса Московского театра «Современник», где занята в спектаклях «Пигмалион», «Время женщин», «Три сестры», «Осенняя соната», «Собрание сочинений». Принимала участие в телепроектах Первого канала: «Ледниковый период», «Глобальное потепление» и в «Танцах со звездами» на канале Россия.
Широкую популярность актрисе принесли ее работы в кино. В 2004 году она сыграла главную роль в фильме Павла Чухрая «Водитель для Веры», за которую получила награды кинофестивалей в Анфлёре и Минске, а также премии «Золотой орел» и «Ника». Фильмография актрисы насчитывает более 90 ролей, в том числе в фильмах Эльдара Рязанова «Андерсен. Жизнь без любви» и «Карнавальная ночь-2». Среди недавних работ Алёны Бабенко – роли в фильмах «Катран», «Доктор Рихтер-3», «Последствия», «Вертинский» и другие. В 2017 году на экраны вышла драма «Мотылёк», где актриса выступила в качестве продюсера и сыграла главную роль.