Eleonora was een dochter van koning Eduard van Portugal en Eleonora van Trastámara. Haar vader Eduard stierf in 1438 aan de pest. Diens zoon, Alfons V van Portugal, werd hiermee de wettige troonopvolger. Alfons was bij de dood van zijn vader echter nog maar 7 jaar en dus te jong om de troon over te nemen; zijn moeder Eleonora van Trastámara werd dus koningin van Portugal. Vanwege haar Spaanse afkomst keerde het Portugese hof, de Cortes, zich echter tegen haar en moest in 1440 zelfs terugkeren naar Aragón, met achterlating van haar kinderen, die niettemin een goede opvoeding kregen.
Op 16 maart 1452 trouwde Eleonora Helena in Siena met Keizer Frederik III en werd zo keizerin van het Heilige Roomse rijk. Haar bruidsschat hielp Frederik om diens financiële problemen op te lossen.
Waarschijnlijk werd de eerste aanzet tot het huwelijk tussen Frederik III en Eleonora gegeven door Isabel, de vrouw van Filips de Goede. Filips had belang bij het huwelijk, dat een belangrijke opwaardering van zijn hertogdom zou betekenen. Frederik III liet onderhandelingen over het huwelijk voeren via de oom van Eleonora, Alfons V van Aragón en Napels, en stuurde zelfs een kunstschilder naar zijn potentiële bruid. De schilder moest een portret maken zodat Frederik een indruk kon krijgen van de huwelijkskandidate.
Dit alles nam echter zoveel tijd in beslag dat er ondertussen een nieuwe kandidaat voor Eleonora verscheen, de zoon van de Franse koning. Volgens de geschiedschrijving van Aenas koos Eleonora echter zelf voor Frederik.
De onderhandelingen over het huwelijk werden in Napels voortgezet en daarin werd onderhandeld over de bruidsschat, die uiteindelijk werd vastgesteld op 60.000 gulden. 50.000 voor Frederik (die in geldnood was) en 10.000 die besteed zouden worden aan de reis van Eleonora. Daartegenover stond dat Frederik 60.000 gulden in onroerend goed moest schenken. Op 1 november 1451 moest Eleonora aankomen in de haven die Frederik had uitgekozen, Talamone. De reis verliep echter zeer onvoorspoedig, omdat de vloot door piraten werd overvallen, en ook nog in een zware storm terechtkwam. De vloot viel uiteen en uiteindelijk kwam slechts één schip in Talamone aan. De bemanning van dat schip had echter geen idee over de situatie van de rest van de vloot en over het lot van Eleonora, waarna er geruchten over haar dood de ronde deden.
Eleonora kwam echter boven water. De geschiedschrijving verhaalt over de eerste ontmoeting van Frederik en Eleonora; Frederik zou bijzonder verbaasd zijn geweest over haar fragiele verschijning, waarbij bij de geschiedschrijvers onzekerheid bestond over deze verbazing te danken was aan haar schoonheid of Frederiks angst of zij met haar fragiele figuur wel voor een opvolger zou kunnen zorgen.
De huwelijksplechtigheid werd voltrokken door Aeneas Sylvius Piccolomini, de latere paus Pius II, die eveneens secretaris en historicus in dienst van de keizer was. Daarna vonden in Napels uitgebreide huwelijksfeesten plaats. Op 19 maart werd Frederik door paus Nicolaas V in de Sint Peter te Rome tot keizer gekroond.
Het huwelijk was waarschijnlijk zeker in het begin zeer gelukkig. Eleonora interesseerde zich voor dans, spel en voor de jacht, allemaal zaken waar Frederik zich weinig voor interesseerde. Wat ze gemeen hadden was hun afkeer van alcohol en hun godsdienstigheid. Gezamenlijk kregen ze vijf kinderen, van wie er slechts twee in leven bleven.
Frederik had voortdurend gebrek aan geld en dat leidde ertoe dat hij Eleonora´s gevolg van 80 knechten en 40 hofdames na het huwelijk naar huis toe stuurde. Eleonora mocht slechts één hofdame behouden, die echter na één jaar in Oostenrijk gewoond te hebben stierf.
Er wordt wel verondersteld dat Eleonora haar prachtige Portugese hof moest verruilen voor het saaie Wenen en dat Frederik een akelige, gierige echtgenoot was. Maar dat is waarschijnlijk niet waar omdat aan het Habsburgse hof de beste musici en medici aangesteld werden.
Eleonora stierf op 32-jarige leeftijd, waarschijnlijk aan een maag- of darminfectie. Ze is begraven in het klooster van de cisterciënzers in Wiener Neustadt.