Елена Михайленко родилась в Магнитогорске, где окончила музыкальное училище и Государственную консерваторию (академию) имени М. И. Глинки. Продолжила обучение в аспирантуре Московской государственной консерватории имени П. И. Чайковского и Российской академии музыки имени Гнесиных (класс Рузанны Лисициан).
Лауреат международных конкурсов в Астане (Казахстан), Bella Voce и имени М. И. Глинки в Москве, дипломант Всероссийского конкурса имени Н. А. Обуховой в Липецке.
С 2006 года – солистка Московского театра «Геликон-опера». Дебютировала в партии Катерины Измайловой («Леди Макбет Мценского уезда» Шостаковича) во время гастролей театра в Израиле. С 2022 года – преподаватель Молодежной программы оперных артистов «Геликон-оперы».
В репертуаре певицы – Ярославна («Князь Игорь» Бородина), Лиза («Пиковая дама» Чайковского), Фата Моргана («Любовь к трем апельсинам» Прокофьева), Виттелия («Милосердие Тита» Моцарта), Аида, Амелия, Абигайль, Леонора («Аида», «Бал-маскарад», «Набукко», «Трубадур» Верди), Тоска, Турандот, Мюзетта («Тоска», «Турандот», «Богема» Пуччини), «Джоконда» («Джоконда» Понкьелли), Джульетта («Сказки Гофмана» Оффенбаха), Стефания («Сибирь» Джордано), Розалинда («Летучая мышь» И. Штрауса), Мадам Ледуан («Диалоги кармелиток» Пуленка), Екатерина II(«Царица» Тухманова) и другие партии, а также камерная вокальная лирика. Участвует в спектакле «www.nibelungopera.ru» по операм Вагнера.
Выступала в Опере Масси, Муниципальном театре в Болонье, Театре Сан-Карло в Неаполе, Римской опере, Театре ан дер Вин и Тирольском театре в Инсбруке, Немецкой опере в Дюссельдорфе и Дуйсбурге, Государственном театре в Карлсруэ, Национальном театре Праги, Опере Мальмё, театре Гарсия Барбон в Виго (Испания), Израильской национальной опере, театрах Сан-Паулу и Сантьяго (Чили), оперных театрах Красноярска и Магнитогорска.
С 2018 года – приглашенная солистка Татарского государственного академического театра оперы и балета имени Мусы Джалиля. В 2023 году дебютировала на сцене Венской государственной оперы (Катерина Измайлова). В январе 2024 года исполнила партию Ортруды («Лоэнгрин» Вагнера) в Большом театре России.
Принимала участие в фестивалях в Таллине и на о-ве Сааремаа (Эстония), в Бангкоке, имени М. Д. Михайлова в Чебоксарах, «Вива опера» в Магнитогорске, русской музыки имени Д. Д. Шостаковича в Самаре, фестивале искусств имени П. И. Чайковского в Клину.
Номинировалась на Российскую национальную театральную премию «Золотая маска» за партию Турандот в одноименном спектакле «Геликон-оперы» (2018). Лауреат Премии города Москвы в области литературы и искусства.