Selon la tradition fixée par l'historien Procope (VIe siècle), Hélène serait née dans la province de Bithynie en Asie Mineure. D'après l'évêque et historien Eusèbe de Césarée, elle aurait eu environ 80 ans lors de son retour de Palestine vers l'année 327 et donc serait probablement née entre 248 et 250.
D'origine très modeste, d'après saint Ambroise, elle est " stabularia ", ce qui peut se traduire comme « servante d'auberge » mais peut s'interpréter aussi comme une " prostituée qui recrutait ses clients dans les étables près des auberges ".

Hélène devient la concubine de l’empereur Flavius Constantius, surnommé Chlore. Elle sera la mère de Constantin qui deviendra empereur à la suite de son père et proclamera le christianisme religion officielle de l’empire romain. Avec Constantin, Hélène devint la puissante protectrice des chrétiens, puisant largement dans le trésor impérial pour construire ou doter de nombreuses églises, tout en secourant les pauvres, protégeant les opprimés et s’efforçant d’améliorer le sort des prisonniers, ce qui la fit vénérer du petit peuple.

Hélène partit vers la Terre sainte au lendemain du meurtre de son petit-fils Crispus, victime de complots dans la Rome impériale. Elle avait alors près de 80 ans.

Selon St Ambroise, elle commença par visiter les Lieux saints. L’Esprit lui souffla de chercher le bois de la croix. Elle s’approcha du Golgotha et dit " Voici le lieu du combat ; où est la victoire ? Je cherche l’étendard du salut et ne le vois pas". Elle creuse donc le sol, rejetant au loin les décombres, et trouve pêle-mêle trois gibets que l’ennemi avait cachés. Troublée, Hélène hésite mais se rappelle alors que deux larrons furent crucifiés avec le Seigneur. Elle cherche donc la croix du milieu. Mais, peut-être, dans la chute, ont-elles été interverties. Elle voit que la croix du milieu portait l’inscription " Jésus de Nazareth, Roi des Juifs ". Par là fut terminée la démonstration de la vérité et fut reconnue la croix du salut.