Elisabeta s-a născut la Schloss Laxenburg pe 2 septembrie 1883 și a fost singura fiică a arhiducelui Rudolph, unicul fiu al împăratului Franz Joseph și al împăratesei Sisi. Mama sa era Prințesa Stéphanie, fiica regelui Leopold al II-lea al Belgiei.
În 1889, când copila avea cinci ani, tatăl și amanta lui, baroneasa Maria Vetsera, au fost găsiți morți în cabana de vânătoare de la Mayerling. Decesul lui Rudolph a fost o mare dramă pentru familia imperială, după acest eveniment Franz Joseph a preluat tutela fetiței și, din ordinul lui, Elisabetei Maria i s-a interzis să părăsească Austria, așa cum și-ar fi dorit mama care, după ce rămăsese văduvă, s-a recăsătorit cu tânărul conte Elemer Lonyay.
Frumoasa împărăteasă Sisi a refuzat statutul de bunică, însă împăratul a iubit-o mult pe micuța prințesă, care a devenit favorita sa. În 1900, după ce Stéphanie s-a recăsătorit, Elisabeta a rupt orice contact cu aceasta, considerând că mariajul este o trădare a memoriei arhiducelui Rudolph.
Datorită descendenței, arhiducesa a fost considerată o potențială mireasă pentru mulți prinți din Europa, printre aceștia fiind și vărul ei, prințul Albert, moștenitor prezumtiv la tronul Belgiei, dar bunicul matern, regele Leopold al II-lea, a dezaprobat vehement posibilul mariaj, refuzând să îi dea permisiunea lui Albert să se căsătorească cu nepoata crescută la curtea împăratului Franz Joseph.
În 1900, Elisabeta l-a întâlnit pe prințul Otto Weriand de Windisch-Graetz la un bal. Cu zece ani mai în vârstă decât ea, prințul îi era inferior ca rang, dar arhiducesa a reușit să-și convingă bunicul să o lase să se căsătorească cu el.
Pentru a evita viitoarele probleme de succesiune, împăratul a pus condiția ca arhiducesa să renunțe la drepturile de pretendentă la tron, deși i-a permis să-și păstreze titlul nobiliar și i-a oferit o zestre generoasă. Cuplul s-a căsătorit la Hofburg pe 23 ianuarie 1902, din căsnicie rezultând trei fii, prinții Franz Joseph, Ernst și Rudolph și o fiică, prințesa Stephanie.
Acest mariaj a fost însă profund nefericit. Atât Elisabeta, cât și Otto au avut multe relații extraconjugale, cea mai cunoscută fiind cea a prințesei cu Egon Lerch, un căpitan de marină. După moartea împăratului Franz Joseph, în 1916, urmată, în 1918, de prăbușirea monarhiei austro-ungare, cuplul s-a separat oficial.
În 1921, Elisabeth s-a alăturat Partidului Social Democrat, unde l-a întâlnit pe un anume Leopold Petznek, care a devenit președinte al Ligii Austriei de Jos după război. Bărbatul era căsătorit în acel moment și a făcut tot posibilul ca soția sa, cu care avea un fiu, să fie instituționalizată într-un spital de psihiatrie, pentru a-și putea reface viața cu arhiducesa.
Mariajul Elisabetei cu Otto încă nu se încheiase din punct de vedere juridic, de-abia în martie 1924 preințesa reușind să obțină o separare temporară în instanță, urmată de o bătălie aprigă pentru custodia celor patru copii. Inițial judecătorul de caz i-a încredințat ei pe cei doi fii mai mari, în timp ce mezinii au fost dați spre îngrijire soțului.
În cele din urmă, prințesa a primit custodia tuturor celor patru copii, cu care, însă, nu a avut o relație prea bună, cel mai mic fiu, Rudolph, fiind scos din școală și pus să muncească într-o fabrică, pentru că aceasta era viziunea socialistă a arhiducesei despre noul model de educație.
Elisabeta s-a mutat apoi în cartierul Hütteldorf din Viena, unde și-a cumpărat o vilă și unde a locuit pentru următorii douăzeci de ani. Împreună cu profesorul Petznek participa la marșurile și întâlnirile social-democrate, făcând în această perioadă donații importante mișcării politice la care aderase. Divorțul de Otto a devenit legal de-abia în 1938, la douăzeci de ani după ce se produsese separarea.
În 1944, Leonard Petznek a fost arestat de naziști și trimis în lagărul de concentrare de la Dachau. Eliberat în martie 1945, profesorul a devenit primul președinte al Curții Federale de Audit din Austria. Elisabeta a renunțat la titlul oficial de arhiducesă și i s-a permis să rămână la Viena și să își păstreze proprietățile. De-abia pe 4 mai 1948 cei doi s-au căsătorit la un oficiu de stare civilă din Viena.
Când capitala Austriei a fost ocupată de Armata Roșie, vila Elisabetei a fost preluată și aproape distrusă de soldații sovietici, apoi casa a fost atribuită generalului Bethouart, șeful forțelor de eliberare franceze. Elisabeta și Leopold nu au avut voie să se întoarcă în locuința lor decât în 1955, când Aliații s-au retras.
Un an mai târziu, în iulie 1956, profesorul Petznek a murit din cauza unui atac de cord. Fosta arhiducesă a supraviețuit până în 1963, dar ultimii ani și i-a petrecut imobilizată într-un scaun cu rotile, înconjurată de câinii ei ciobănești germani, și nu a mai avut nicio activitate publică.
Aflată pe patul de moarte, a ordonat personalului să nu îi primească în casă pe cei doi copii ai săi care mai erau în viață la acel moment și a solicitat protecția poliției pentru a nu fi jefuită de aceștia după moarte. Arhiducesa roșie a murit la Viena pe 16 martie 1963, la vârstă de 79 de ani și, conform dorinței sale, a fost îngropată într-un mormânt nemarcat, alături de ultimul său soț, aproape de casa în care și-a petrecut ultimii ani ai vieții.
