Od kolebki była przygotowywana do ślubu z Zygmuntem II Augustem, który był kuzynem jej matki. Już w 1527 ojciec Elżbiety podjął starania w Polsce o ślub córki z polskim następcą tronu. Pomimo tych planów nie zadbano, by Elżbieta nauczyła się języka polskiego. Prawdopodobnie było to działanie celowe – pod pretekstem, że młodej królowej niezbędny jest tłumacz, chciano umieścić na dworze polskim jeszcze jednego szpiega Habsburgów.
Małżeństwo nie było szczęśliwe. Młoda, niedoświadczona, nieśmiała i mało błyskotliwa Elżbieta nie pociągała króla. Sytuację pogarszała nieuleczalna choroba młodej królowej, epilepsja, co do reszty odstręczyło od niej małżonka. Przez cały okres trwania małżeństwa Zygmunt zdradzał żonę m.in. z Barbarą Radziwiłłówną. Jednocześnie Bona jawnie okazywała synowej swą niechęć. Jedyną osobą, okazującą Elżbiecie sympatię, był król Zygmunt I Stary. Jesienią 1544 Elżbieta wraz z Zygmuntem II Augustem wyjechała na Litwę. Małżonkowie zamieszkali w Wilnie. Przez krótki czas król stwarzał pozory w miarę poprawnego pożycia z małżonką. W rzeczywistości był już mocno zaangażowany w romans z Radziwiłłówną.
Wiosną 1545 stan zdrowia Elżbiety uległ pogorszeniu, nękały ją coraz częstsze napady padaczki. Na początku czerwca 1545 Zygmunt II August wyjechał do Krakowa odebrać posag Elżbiety, żonę pozostawił samą w Wilnie. 15 czerwca młodziutka królowa zmarła wycieńczona kilkunastoma napadami padaczki, przeżywszy zaledwie 19 lat. Została pochowana 24 sierpnia 1545 w katedrze wileńskiej obok stryja swego męża, a brata swojego dziadka, Aleksandra Jagiellończyka.
