Docteure en musicologie de l'École pratique des hautes études, titulaire de cinq premiers prix du Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris, Hélène Cao enseigne l'analyse et l'histoire de la musique dans des conservatoires parisiens.
Elle a notamment publié «Debussy» (Jean-Paul Gisserot, 2001), «Louis Spohr» (Papillon, 2006), «Thomas Adès le voyageur» (MF, 2007), «Anthologie du lied» (Buchet-Chastel, 2010), «6000 lots de la musique» (Gérard Billaudot, 2021) et «La grande histoire de la musique» (avec Arnaud Merlin, Bayard jeunesse, 2021).