Actrice et autrice française, Hélène de Fougerolles débute au cinéma dans les années 1990 et obtient une large audience télévisuelle à partir de 2018 avec la série Balthazar, puis le rôle titre de Sam sur TF1.
Après des débuts à la télévision dans la sitcom Le Collège des cœurs brisés en 1992, Hélène de Fougerolles obtient son premier rôle au cinéma sous la direction de Jean-Pierre Mocky dans Le Mari de Léon en 1993. Sa formation au Cours Florent et au Studio Pygmalion lui permet d'être repérée dans La Cité de la peur puis dans Le Péril jeune de Cédric Klapisch. Sa carrière prend une dimension internationale en 2000 avec La Plage de Danny Boyle, où elle donne la réplique à Leonardo DiCaprio. En 2001, Jacques Rivette lui offre un rôle dans Va savoir, présenté au Festival de Cannes, performance qui lui vaut le prix Romy-Schneider et une nomination au César du meilleur espoir féminin.
À partir de 2018, elle incarne la capitaine Hélène Bach dans la série Balthazar aux côtés de Tomer Sisley. En 2023, elle reprend le rôle titre de la série Sam sur TF1, projet qu'elle porte jusqu'au dénouement de la saison 8 en 2025. Cette même année, elle joue dans la mini-série Apparences à Bordeaux sous la direction d'Émilie Grandperret. En 2026, elle tourne dans le téléfilm La Mère et l'assassin, réalisé par Sandra Perrin, et développe la série d'aventure Nora et Gil avec Barbara Cabrita.
Hélène de Fougerolles est issue d'un milieu lié à la communication et au terroir : son père, Alain Rigoine de Fougerolles, est représentant en vin et sa mère, Anne Redon-Saumay de Laval, attachée de presse. Ses parents divorcent lorsqu'elle a trois ans. Elle partage son enfance avec sa sœur, May Hélène Sophie. Mariée au producteur Éric Hubert entre 2000 et 2007, elle donne naissance en 2003 à sa fille unique, Shana. Elle a également partagé la vie d'Antoine Arnault (2009-2011), de l'acteur Zinédine Soualem et de l'entrepreneur Marc Simoncini. En 2026, elle vit dans le Vaucluse.
Son quotidien dans le Luberon s'articule autour de la permaculture, du yoga et de la peinture. Elle parraine l'association Les Maisons de Vincent, qui propose des structures de vie agroécologiques pour les adultes autistes, une cause liée au parcours de sa fille. Elle soutient l'association L214 pour la protection animale et participe à des événements caritatifs comme le Téléthon.
Le Vaucluse constitue son principal point d'ancrage géographique. Après avoir quitté Paris, elle s'installe dans le Luberon. Ses projets récents l'ont également menée à Bordeaux pour Apparences et dans les paysages d'Auvergne-Rhône-Alpes pour Nora et Gil.
Hélène de Fougerolles pratique la peinture dans un atelier dédié au sein de sa maison du Vaucluse.
En 2021, elle publie un livre sur l'autisme de sa fille et reverse l'intégralité de ses droits d'auteur à des structures associatives.
Adepte de la permaculture, elle cultive ses propres légumes dans son jardin du sud de la France.
Elle a publiquement déclaré son acceptation du vieillissement et refuse les traitements esthétiques, privilégiant une apparence naturelle.