Родилась 21 октября 1943 года в семье известного киноактёра Всеволода Санаева. Окончила ГИТИС (1966, мастерская Михаила Царева). С 1967 года — актриса Театра-студии киноактера в Москве. Дебютировала на экране в 1967 году в фильме «Генерал Рахимов». Санаева подавала большие надежды — высокая, стройная, красивая, она готовилась играть героинь. Её заметил и начал снимать Василий Шукшин. Однако всё в её жизни и творчестве перевернула встреча с Роланом Быковым.
Они встретились в 1972 году. Быкову было 43, Санаевой — 29. Их пригласил режиссёр с Ленфильма Юрий Рогов сняться вместе в фильме «Докер». Ролан Антонович вспоминал:
После того, как Быков и Санаева снялись вместе в «Приключениях Буратино», Елену Всеволодовну перестали приглашать на роли героинь. Она стала хара?ктерной актрисой, на которую больше обращали внимание постановщики кинокомедий. А вскоре в кинематографическом мире и вовсе решили, что снимать Санаеву — прерогатива Быкова. И действительно, в ряде фильмов они работали «на пару»: «Дни хирурга Мишкина», «Деревня Утка», «Искренне ваш…», «Свадебный подарок», «Жил-был настройщик».
Елена Санаева — яркая исполнительница небольших хара?ктерных ролей. Среди лучших работ в кино: «Приключения Буратино» (1975), «Пена», «Приключения Али-Бабы и сорока разбойников», «Тайна „Чёрных дроздов“», «Чучело».
Ролью лисы Алисы в «Приключениях Буратино» Елена Санаева навсегда вошла в золотой фонд советского кино.
Елена Санаева активно занимается общественной деятельностью. Будучи вице-президентом Детского фонда имени Ролана Быкова, она устраивает всевозможные акции и выставки, выезжает на фестивали детского творчества. В 1999 году выпустила книгу-альбом памяти Ролана Быкова.
С 2008 года — актриса театра «Школа современной пьесы» под рук. Иосифа Райхельгауза.
Играет в спектаклях:
В 2009 году выпустила в издательстве АСТ книгу Р. Быкова «Заколдованная Принцесса». Там же вышли дневники Ролана Быкова «Я побит, начну сначала» (2010) и «Стихи Ролана Быкова» (2010).
Елена Санаева — дочь известного киноактёра Всеволода Санаева. Вдова актёра и кинорежиссёра Ролана Быкова. Мать российского писателя, актёра, режиссёра и сценариста Павла Санаева (от первого мужа — инженера Владимира Конузина).