Nació el 15 de octubre de 1981 en Moscú. Su madre es maestra de escuela y el padre, ingeniero. A la edad de 7 años Elena ingresó en la escuela de tenis del club "Espartaco". Su primera entrenadora era Rauzá Islanova (madre de Marat y Dinara Safin).
En 1995 debutó en un torneo ITF de Moscú.
En 1999 Dementieva salió finalista de la Copa de la Federación formando parte de la selección de Rusia, semifinalista del torneo Internazionali Femminili di Palermo (Italia) y finalizó aquel año en el 62 lugar del ranking WTA.
En 2000 Elena Dementieva se hizo la primera tenista rusa en alcanzar las semifinales del Abierto USA en que cedió frente a Lindsay Davenport. Ese mismo año ganó la medalla de plata en tenis en los Juegos Olímpicos de Sydney (en las finales perdió frente a Venus Williams) y pasó a entrar en el mejor cuarteto del mundial Chase Championship de Nueva York. Aquel mismo año salió semifinalista del torneo de 1ª categoría de Newsweek Champions Cup en Indiana Wells (EE.UU.) y de 2ª categoría de estyle.com Classic en Los Angeles (EE.UU.).
Su primer torneo WTA Elena lo ganó en 2003.
En 2004 dos veces alcanzó las finales en los torneos del Grand Slam pero ambas veces perdió.
El 18 de septiembre de 2005, Elena encabezó la selección de Rusia en las finales de la Copa de la Federación, ganó ambos partidos en pruebas individuales frente a las francesas Mary Pierce y Amelie Moresmo. Luego jugó un partido decisivo en una prueba por parejas junto con Dinara Safina, y las chicas obtuvieron una vcitoria brillante.
En febrero de 2006, Elena Dementieva salió ganadora del torneo Pan Pacific Open.
Anteriormente había ganado torneos en Hasselt, Bélgica (2004), en Amelia Island, EE.UU. (2003), en Bali (2003) y Shanghai (2003).
En julio de 2006 se hizo la primera cuartofinalista del Campeonato Abierto de Gran Bretaña y el pasado 14 de agosto ganó el torneo de 2ª categoría de la Asociación BTA (Boulder Tennis Association) en Los Angeles.
Índice de popularidad: el sexto lugar en el ranking de la Asociación Femenina de Tenis (WTA) con 2027 puntos, según los resultados de 52 semanas (versión del 2 de octubre de 2006).
