Helene war die Tochter von Herzog Wilhelm von Nassau (1792–1839) und seiner zweiten Frau Pauline (1810–1856), einer geborenen Prinzessin von Württemberg.
Am 26. September 1853 heiratete Prinzessin Helene den Fürsten Georg Viktor zu Waldeck und Pyrmont. Gemeinsam bekamen sie sieben Kinder, sechs Mädchen und einen Jungen, darunter die spätere Königin und Regentin Emma der Niederlande, die zweite Gemahlin des niederländischen Königs Wilhelm III. Die älteste Tochter Sophie starb 1869, erst 15-jährig, in England an der Tuberkulose.