Елена Вячеславовна Дементьева родилась 15 октября 1981 года в Москве. Мама будущей Олимпийской чемпионки работала учительницей, отец - инженером. В 6 лет родители привели маленькую Лену в теннисную секцию "Динамо". Отбор детей проводился в три круга. Пройдя два первых тура, в третий Лена не попала. Попытка устроить ее в теннисную секцию ЦСКА тоже не увенчалась успехом.

Через год она все же попала в "Спартак". Причем достаточно курьезным образом. Родители повели записывать старшего брата Лены - Севу. Tак вышло, что в тот день принимали не только мальчиков, но и девочек, и Лена с третьей попытки все же приоткрыла дверь в мир тенниса.

Ее первым тренером была Роза Исланова, мама знаменитых российских теннисистов Марата и Динары Сафиных. В том же клубе до 1992 года тренировалась и Анна Курникова.

В 1996 году Дементьева перешла из общества "Спартак" в ЦСКА. Смена клуба совпала с первыми успехами теннисистки. В том году она вышла в полуфинал юниорского Открытого чемпионата Франции и выиграла юниорский чемпионат мира - Orange Bowl - в возрастной категории до 16 лет. Спустя два года Лена снова победила на Orange Bowl - на этот раз в возрастной категории до 18 лет.

Первая победа во взрослом турнире также пришла к Лене в 1996 году, когда она первенствовала на десятитысячнике в Юрмале.

В 1998 году Елена официально начала профессиональную карьеру и уже год спустя вошла в первую сотню мирового рейтинга.

В 1999 Дементьева впервые дошла до полуфинала турнира в Палермо, а также вошла в российскую сборную. В рамках Кубка Федерации ей пришлось играть с Винус Уильямс, и Елена одержала первую значительную победу.

В 2000 Елена Дементьева стала первой российской теннисисткой, вышедшей в полуфинал Открытого чемпионата США, где уступила Линдсей Дэвенпорт. В том же году стала обладательницей серебряной медали по теннису на Олимпийских играх в Сиднее (в финале она проиграла Винус Уильямс). Свой первый турнир WTA Елена выиграла в 2003.

В 2004 Елена дважды выходила в финал турниров Большого шлема, однако оба раза она эти чисто российские финалы проиграла (на Открытом чемпионате Франции Анастасии Мыскиной и на Открытом чемпионате США Светлане Кузнецовой).

На протяжении долгого времени Елена уверенно входит в десятку лучших теннисисток планеты. Елена Дементьева стала главной героиней финала Кубка Федерации 2005, второй раз подряд выигранного сборной России.

Елена уже 9 сезонов подряд (начиная с 2000) неизменно заканчивает год в топ-20 мирового женского рейтинга.

В 2004 году на Олимпийских играх в Афинах проиграла в первом круге.

17 августа 2008 года победила на Олимпийских играх в одиночном разряде, обыграв соотечественницу Динару Сафину.

С 2009 года тренируется под руководством Андрея Ольховского.

После представительного турнира в Майами (6 апреля 2009 года) Елена поднялась на третью строчку мирового рейтинга. Пока это её наивысшее достижение в рейтинге WTA.

14 января 2010 года Елена выиграла свой 15-й титул в карьере на турнире категории Premier tournaments в Сиднее. В финале она обыграла первую ракетку мира Серену Уильямс.

29 октября 2010 года, по окончании своего участия в турнире WTA в Дохе Дементьева объявила о завершении профессиональной карьеры.

"Это очень эмоциональное решение. Думаю, что на это сложно отважиться любому спортсмену. Я приняла его в начале этого сезона, после чего было очень тяжело играть. Я приезжала на турнир и знала, что это в последний раз. Это был совершенно особенный год, очень эмоциональный. Сейчас мне очень грустно… "

16 июля 2011 года вышла замуж за хоккеиста Максима Афиногенова.