Родилась в Волгограде. Начинала заниматься художественной гимнастикой. В 1997 году даже выполнила норматив мастера спорта, но ушла из гимнастики из-за слишком высокого роста. После этого увлеклась прыжками с шестом. Закончила Волгоградскую государственную академию физической культуры и спорта.

На Всемирных юношеских играх в 1999 году стала первой, показав результат 4,10 м. Спустя два года выиграла юниорский чемпионат Европы. На чемпионате Европы-2002 заняла второе место (4,60), проиграв Светлане Феофановой пять сантиметров. В следующем году побила мировой рекорд и установила новое достижение – 4,82, но на чемпионате мира во Франции заняла лишь третье место, уступив в том числе Феофановой.

Перед выступлением на Играх-2004 в Афинах Исинбаева заявила: «Сначала выиграю золото, потом установлю мировой рекорд». В итоге установила и новый мировой рекорд – 4,91, и завоевала золотую медаль. В 2005 году Исинбаева прекратила сотрудничество с тренером Евгением Трофимовым и начала работать под руководством Виталия Петрова, тренировавшего Сергея Бубку. Сам Бубка нередко выступал в роли консультанта Исинбаевой – и регулярно приглашал ее на турнир «Звезды шеста» в Донецке.

После победы в Афинах, ознаменовавшей конец соперничества Исинбаевой и Феофановой и начало «эры Исинбаевой», Елена установила 9 мировых рекордов, из них один на чемпионате мира-2005 в Хельсинки, и самый свежий – на Олимпиаде в Пекине. На Играх-2008 Елена уверенно взяла золото, обеспечив себе его уже вторым своим прыжком, а планку мирового рекорда установила на высоте 5,05.

Победительница Олимпийских игр 2004-го и 2008-го годов, чемпионка мира (2004-2008), Европы (2004-2007), обладательница Кубка мира (2006), легкоатлетка года по версии IAAF (2004, 2005). Установила 24 мировых рекорда всего – в залах и на открытом воздухе. Лучший личный результат – 5,05 м (текущий мировой рекорд) показан на Олимпиаде в Пекине (август 2008 г.).