叶连娜·弗拉基米罗芙娜出生于1882年1月29日，她是俄罗斯的弗拉基米尔·亚历山德罗维奇大公和玛丽亚·帕夫洛夫娜大公夫人（梅克伦堡-什未林的玛丽女公爵）的独生女。通过父亲，她是俄罗斯皇帝亚历山大二世的孙女、亚历山大三世的侄女和尼古拉二世的堂妹。叶连娜有四个哥哥：亚历山大·弗拉基米罗维奇大公幼年早夭；基里尔·弗拉基米罗维奇大公与表妹爱丁堡的维多利亚·梅丽塔公主结婚，其后代成为俄罗斯皇位觊觎者；鲍里斯·弗拉基米罗维奇大公与情妇季娜伊达·谢尔盖耶芙娜·彼得拉舍夫斯卡亚结婚，无子女；安德烈·弗拉基米罗维奇大公也娶了自己的情妇、著名芭蕾舞演员玛蒂尔德·切辛斯卡（曾是尼古拉二世的情妇）。

叶连娜是在俄罗斯的几座宫殿中长大的，因为一家人经常换住所。在圣彼得堡，他们住在宏伟的弗拉基米尔宫，夏天则在沙皇宫殿度过。此外，他们还经常去梅克伦堡-什未林探望外祖一家。叶连娜的家族非常富裕，又是男孩家庭中唯一的女孩，因此非常娇生惯养，深受哥哥们的宠爱。她的脾气很暴躁，而且和母亲一样，她非常清楚自己的社会地位和等级，并很快提醒那些对她过于不礼貌的人。她曾与巴登王子马克斯·冯·巴登订婚，但不久马克斯就取消了婚约。叶连娜的母亲勃然大怒，社会上流传着叶连娜难以找到丈夫的流言蜚语。1899年，17岁的叶连娜曾一度被传与奥地利的弗朗茨·斐迪南大公订婚，但由于弗朗茨·斐迪南爱上了索菲·霍泰克，这桩婚事最终不了了之。