Элизабет родилась в Чатсуорт-хаусе, графство Дербишир, в семье сэра Уильяма Кавендиша и Бесс Хардвик, особо приближённой фрейлины королевы Елизаветы Тюдор и одной из самых богатых женщин Англии. Её восприемницами стали Элизабет Брук, маркиза Нортгемптон, и леди Катерина Грей.
В начале 1570-х годов её мать, на тот момент уже графиня Шрусбери, намеревалась устроить брак Элизабет с Перегрином Берти, сыном Ричарда Берти и баронессы Уиллоуби, но в 1574 году она нашла более выгодную партию.
Осенью 1574 года Маргарита Дуглас, графиня Леннокс, и её сын Чарльз Стюарт путешествовали по королевству и 9 октября остановились на несколько дней в Хантингдоне, неподалёку от аббатства Раффорд, принадлежавшего семье Шрусбери. Графиня Шрусбери пригласила Ленноксов погостить в Раффорде. По прибытии графиня Леннокс сказалась больной, а графиня Шрусбери вызвалась быть её сиделкой в течение следующих пяти дней. Всё это время Чарльз и Элизабет проводили вдвоём.
В начале ноября Элизабет тайно вышла замуж за Чарльза Стюарта. Родители обвенчавшейся пары навлекли на себя гнев Елизаветы I за организацию брака без её разрешения, и по приказу королевы графиня Шрусбери и графиня Леннокс были отправлены в Тауэр, однако вскоре их отпустили под домашний арест.
По некоторым данным визит в Раффорд был спланирован заранее с целью установления контакта между Маргаритой и Марией, королевой Шотландии, которая в то время находилась в Англии под присмотром Шрусбери. У графини Шрусбери были несколько иные намерения. Старший сын графини Леннокс, Генри, лорд Дарнли, был некогда мужем Марии Шотландской. Он и его брат Чарльз являлись претендентами на английский трон на основании родства с Тюдорами. Выдав Элизабет замуж за Чарльза, графиня Шрусбери рассчитывала таким образом породниться и с Тюдорами, и со Стюартами, а если бы у пары родился сын, то его права на английский престол могли быть более весомыми, чем у Джеймса, сына Марии и Дарнли.
Осенью 1575 года Элизабет родила своего единственного ребёнка, дочь Арабеллу. Её муж умер в 1576 году от чахотки. Элизабет скончалась шестью годами позже в январе 1582 года в замке Шеффилд в возрасте около двадцати шести лет. Опека над шестилетней Арабеллой была поручена Уильяму Сесилу, лорду Бёрли.