Родная сестра её матери – известная советская актриса Валентина Сперантова, неповторимый голос которой долгие годы звучал на радио в различных постановках. Однако родители Елены Юрьевны к театру отношения не имели – папа был фотокорреспондентом газеты «Труд», мама по профессии инженер-химик работала на Апрелевском заводе грампластинок, позже – на студии документальных фильмов. Они хотели, чтобы дочь стала переводчиком – Елена занималась в школе с углубленным изучением немецкого языка. Но она решила пойти по стопам своей знаменитой тети и в 1955 году поступила в Школу-студию МХАТ.
Училась на звездном курсе В.Я.Станицына вместе с Т.Лавровой, А.Лазаревым, В.Невинным, А.Покровской, А.Ромашиным, А.Филозовым. Уже на первом курсе участвовала в спектаклях вновь созданного театра «Современник», со второго курса начала выходить на сцену МХАТа, в том числе сыграла мальчика Степку в знаменитых «Кремлевских курантах» Н.Погодина.
Окончив Школу-студию в 1959 году, работала в Московском художественном академическом театре. В 1962 году перешла в труппу Московского театра «Современник», где служит и сегодня. Дебютировала в ролях: Люба «Вечно живые» В.Розова, Ганна «Продолжение легенды» А.Кузнецова, Нинучча «Никто» Э. де Филиппо. В последующие годы актриса сыграла более чем в сорока спектаклях.
В сегодняшнем репертуаре заслуженной артистки РСФСР Елены Миллиоти: Миссис Куикли «Виндзорские насмешницы» У.Шекспира, Мамочка и Лоточница «Три товарища» Э.М.Ремарка, Лиля Итс «Крутой маршрут» Е.Гинзбурга, Анфиса «Три сестры» А.Чехова.
В 1965 году зрители впервые увидели актрису на экране в роли Светланы Синайской в социальной драме «Строится мост». Впоследствии в основном снималась в телевизионных версиях спектаклей «Современника». В кинематографе нового века сыграла главную роль Софьи Андреевны Петровской в сериале «Большие девочки» (2006 год).
Со студенческих лет Елена Миллиоти замужем за актером театра «Современник» Геннадием Фроловым. Их дочь Дарья Фролова - тоже актриса "Современника".