Во время Великой Отечественной войны вместе с семьёй была эвакуирована из Ленинграда в Устюжну. В 1948—1954 годах пела в детском хоре Ленинградского Дворца пионеров им. Жданова. В 1954—1957, в связи со служебным переводом отца, семья проживала в Таганроге, где Елена училась в Музыкальной школе имени П. И. Чайковского у педагога Анны Тимофеевны Куликовой. На отчетном концерте в музыкальной школе Образцову услышала директор Ростовского музыкального училища М. А. Маньковская и по ее рекомендации в 1957 году Лена была принята в училище сразу на 2-й курс. Через год, в августе 1958 года, пройдя успешное прослушивание, она поступила на подготовительное отделение Ленинградской консерватории им. Н. А. Римского-Корсакова. В 1962 году завоевала первую премию на Всесоюзном конкурсе вокалистов имени М. И. Глинки. В 1963 году, будучи студенткой консерватории, Е. Образцова дебютировала на сцене Большого театра в партии Марины Мнишек в опере М. П. Мусоргского «Борис Годунов». В 1964 году закончила Ленинградскую консерваторию по классу профессора А. А. Григорьевой (оперный класс А. Н. Киреева). С того же года солистка Большого театра. Позже в 1964 году Елена Образцова в составе труппы Большого театра выступила на сцене Ла Скала в роли Марфы в опере «Хованщина» и в роли Мари в опере «Война и мир». Выступления Образцовой в Италии прошли с большим успехом. В 1975 году Елена Образцова вместе с Большим театром отправилась на гастроли в США. В ходе спектакля «Борис Годунов» Образцову, исполнявшую роль Марины Мнишек, пять раз вызвали на сцену восторженные зрители: спектакль пришлось остановить. Триумф Елены Образцовой в США окончательно утвердил ее в статусе звезды мировой оперы. Через несколько месяцев Елена Образцова выступила в «Трубадуре» — спектакле, открывавшем сезон Оперы Сан-Франциско: её партнерами выступили Лучано Паваротти и Джоан Сазерленд. В 1976 году Образцова — уже в статусе приглашенной солистки «Метрополитен-опера» — вызвала сенсацию своим исполнением роли Амнерис в «Аиде» Верди. В 1977 году Образцова выступила в роли Далилы в «Метрополитен». Тор Экерт, критик New York Times, тогда написал: «Сомневаюсь, что мы с вами слышали Далилу, которой бы так легко удавалось осилить две с половиной октавы — Образцова исполняет эту сложнейшую партию без тени напряжения».