Nacque il 20 ottobre 1884. Era una principessa di Assia-Darmstadt, sorella maggiore della zarina Aleksandra Fedorovna, protestante. Nel 1884 sposò il granduca Sergej Aleksandrovic Romanov, figlio dello zar Alessandro II; nel 1891 si convertì all'ortodossia. Il 5 febbraio 1905 il marito, governatore generale di Mosca, perì in un attentato: Elizaveta Fedorovna affrontò questa prova con una grandezza d'animo impressionante: si recò a far visita in prigione all'uccisore di suo marito, offrendogli il suo perdono, e negli stessi giorni decise di abbandonare il mondo per dedicarsi al servizio di Dio e del prossimo. Il 2 aprile 1910 apriva i battenti il convento di Marta e Maria da lei fondato, che si occupava di varie opere in ambito caritativo ed educativo. Fu arrestata per la Pasqua del 1918 e trasferita a Ekaterinburg, dove già si trovava in reclusione la famiglia imperiale. Fu invece rinchiusa nel monastero femminile di Alapaevsk, dove le fu concesso di partecipare senza impedimenti alle funzioni liturgiche, e successivamente in una delle scuole cittadine. Venne uccisa il 18 luglio 1918. Le sue spoglie riposano nella chiesa di Santa Maria Maddalena a Gerusalemme. E' stata canonizzata il 4 aprile 1992 dalla Chiesa ortodossa russa.