Alžběta se narodila jako druhé dítě (první dcera) francouzského králeJindřicha II. a jeho manželky Kateřiny Medicejské. O jejím dětství není mnoho informací; má se za to, že byla poznamenána mimomanželskými zálety a dobrodružstvími svého otce, zvláště jeho milostným poměrem s Dianou z Poitiers, který otec nikdy neskrýval.
Alžběta vévodila dvoru „dětí Francie“ (králových potomků) po boku mladé Marie Stuartovny, pozdější skotské královny. Marie byla snoubenkou jejího bratra, dauphinaFrantiška, a sdílela s Alžbětou komnatu do své svatby v roce 1558.
Alžběta opustila Francii oblečená jako „dcera Francie“ a dorazila do Španělska se svými 16 francouzskými dámami „přeměněnými“ ve španělském stylu. Na španělské území vkročila ani ne patnáctiletá Alžběta poprvé 6. ledna následujícího roku 1560 a o měsíc později, 2. února se v Guadalajaře konaly svatební obřady, při nichž se snoubenci poprvé setkali tváří v tvář; Alžběta si dlouho měřila svého manžela, až se jí se smíchem zeptal: „Díváte se, zda nemám bílé vlasy?“ Pro nízký věk nevěsty a její nedospělost bylo manželství konzumováno až v květnu roku 1561. Přes velký věkový rozdíl (18 let) byl Filip Alžbětě velmi oddán a byl jí oporou, i když onemocněla pravými neštovicemi.
Na své svatbě se setkala s malířkou Sofonisbou Anguissolou a Anou de Mendozou, které s ní prožily zbytek jejího života. Filip II. jmenoval Anguissolu dvorní dámou a dvorní malířkou své královny. Pod vedením Anguissoly se Alžběta zdokonalila ve svých amatérských malířských dovednostech. Anguissola během svého působení u dvora ovlivnila i umělecká díla svých dětí, Isabely Kláry Evženie a Kateřiny Michaely.
Potomci
Ze šťastného a spokojeného manželství vzešly dvě dcery, třebaže Alžběta byla čtyřikrát těhotná. Její první těhotenství, jež přišlo až čtyři roky po svatbě v roce 1564, skončilo potratem dvojčat, a protože další těhotenství nepřicházelo, nechala královna přivézt do Madriduostatky sv. Eugenia, prvního pařížského biskupa a mučedníka. Ať již s boží pomocí či bez ní přirozenou cestou porodila Alžběta 12. srpna 1566 dceru, jež dostala jméno Isabela Klára Evženie – Isabela (tj. Alžběta) po své matce, Klára podle jména světice dne narození a Evženie podle světce, jehož Alžběta prosila o pomoc. Po roce porodila další dceru Kateřinu Michaelu (10. října 1567); po tomto porodu onemocněla horečkou. Zotavila se však a v příštím roce otěhotněla znovu; toto těhotenství ji však stálo život.
V květnu roku 1568 se královnino zdraví opět zhoršilo. Nové těhotenství bylo doprovázeno silnými nevolnostmi s úporným zvracením, jež se pokoušeli zmírnit dvorní lékaři. 3. října 1568 však Alžběta předčasně porodila dceru, jež žila pouze hodinu a půl. Téhož dne, ve věku 23 let zemřela i Alžběta.
Byla pohřbena v Královské hrobce kláštera El Escorial, nikoli však po boku svého manžela a ostatních královen, neboť se nestala matkou krále Španělska.
