Хелен Хэйс Браун родилась в Вашингтоне. Её бабушка и дедушка по материнской линии были иммигрантами из Ирландии и Англии.
Хэйс начала актёрскую карьеру в раннем возрасте. В 1909 году она впервые появилась на Бродвее, а спустя год дебютировала на большом экране в одном из немых фильмов. Голливудская карьера Хелен Хэйс началась немного позже, после того, как её муж, драматург Чарльз МакАртур, подписал с одной из киностудий конракт.
Первым звуковым фильмом с участием актрисы стала лента «Грех Мадлон Клоде», за который она получила премию «Оскар» в номинации «Лучшая актриса». Далее последовали роли в фильмах «Прощай, оружие» (1932), «Белая монахиня» (1933) и «Другой язык» (1933). В 1935 году актриса покинула Голливуд, сосредоточив все свои силы на карьере в театре. В последующие десятилетия она оставалась одной из самых востребованных актрис Нью-Йорка.
В 1953 году Хелен Хэйс стала первым лауреатом «Премии Сары Сайддонс» за её работу в театрах Чикаго. В тоже время состоялось её возвращение в Голливуд с роли в драме Лео МакКери «Мой сын Джон». Её следующей успешной ролью в кино стала вдовствующая императрица Мария Фёдоровна в успешной мелодраме «Анастасия» (1956) с Ингрид Бергман в главной роли. В 1970 году актриса получила своего второго «Оскара» за роль шустрой безбилетной пассажирки Ады Куонсетт в фильме-катастрофе «Аэропорт».
Многие годы Хелен Хэйс боролась с астмой, которая стала причиной нескольких госпитализаций актрисы, и из-за которой в 1971 году она была вынуждена завершить свою актёрскую карьеру, длившуюся 60 лет. В 1983 году один из нью-йркских театров на Западной 45-й улице стал именоваться в честь актрисы театром Хелен Хэйс. Хэйс написал три сборника мемуаров: «Подарок радости», «В отражении» и «Моя жизнь в трех действиях».
В середине 1980-х Хэйс воплотила образ мисс Марпл в двух телепостановках CBS — «Мисс Марпл в Вест-Индии» (1983) и «Убийство с зеркалами» (1984), роль в которой стала последней в её актёрской карьере. В 1990 году актриса была удостоена Президенсткой медали свободы из рук Рональда Рейгана. Хелен Хэйс скончалась в День Св. Патрика 17 марта 1993 года в возрасте 92 лет. За свой вклад в кинематограф она была удостоена звезды на Голливудской аллее славы.