Fille de Georges Zourabichvili, d'origine géorgienne, et de Nathalie von Pelken, elle a épousé à Paris, le {{Date}}, Louis Carrère, dit Carrère d'Encausse, né le {{Date}} à Bordeaux, fils d'Albert Georges Carrère et de Paule Dencausse, ayant exercé la profession d'assureur.
Elle descend d'une famille d'aristocrates géorgiens originellement fortunée où discipline et éducation étaient les maîtres mots, famille qui connut le pouvoir et la prospérité et, après la révolution russe, une grande pauvreté. Après que l'esprit cosmopolite et la révolution les ont de longue date dispersés à travers l'Europe, elle compte parmi ses ancêtres de grands serviteurs de l'Empire russe dont elle suit les traces, et des résistants à ce même Empire : un président de l'Académie des sciences sous Catherine II, ainsi que trois régicides. Cette hérédité la prédispose à l'étude de l'histoire et de la science politique qu'elle a enseignées à la Sorbonne avant de transférer sa chaire professorale à l'Institut d'études politiques de Paris.
Elle est connue pour avoir, en 1978, « annoncé la fin de l'URSS » dans son livre L'Empire éclaté, non pas grâce aux entreprises délibérées de Ronald Reagan ou de Jean-Paul II, mais selon elle à cause de la forte natalité des républiques musulmanes d'Asie centrale. Prédiction qui s'est révélée en partie fausse : l'URSS explosa certes, mais le mouvement sécessionniste partit des pays baltes, la partie la plus européanisée de l'Union soviétique, alors que les républiques musulmanes restèrent globalement calmes jusqu'à leur accession à l'indépendance. Hélène Carrère d'Encausse avec le président russe Vladimir Poutine, en octobre 2000. Professeur invité dans de nombreuses universités étrangères, en Amérique du Nord et au Japon surtout, elle est docteur honoris causa de l’Université de Montréal et de l'Université catholique de Louvain. Elle est présidente de Radio Sorbonne Radio France de 1984 à 1987 et membre de la Commission des sages pour la réforme du Code de la nationalité en 1986-1987. Durant l’année 1992, elle occupa le poste de conseiller auprès de la Banque européenne pour la reconstruction et le développement, participant ainsi à l’élaboration d’une politique d’assistance à la démocratisation des anciens États communistes. Élue au Parlement européen en juin 1994, elle est vice-présidente de la commission des Affaires étrangères et de la Défense ; vice-présidente de la commission des Archives diplomatiques françaises ; elle a présidé la Commission des Sciences de l’homme au Centre national du livre de 1993 à 1996. Elle est nommée en 1998 membre du Conseil national pour un nouveau développement des sciences humaines et sociales. En 2004, elle est présidente du conseil scientifique de l'Observatoire statistique de l'immigration et de l'intégration. Elle est également membre du comité de parrainage du Collège des Bernardins.
Elle a reçu le prix Aujourd'hui pour L'Empire éclaté en 1978, le prix Louise Weiss en 1987 ; le prix Comenius en 1992 pour l’ensemble de son œuvre et le prix des Ambassadeurs en 1997, pour Nicolas II. Elle est membre associée de l'Académie royale de Belgique.
Élue à l’Académie française, le {{Date}}, au fauteuil de Jean Mistler ({{14e}} fauteuil), elle en est élue Secrétaire perpétuel le {{Date}}, en remplacement de Maurice Druon, démissionnaire de cette fonction. Le titre « non féminisé » est utilisé à la demande expresse de l'intéressée aussitôt après son élection. Cet usage est généralement respecté dans les médias. Elle est la première femme à accéder à ce poste.
Elle est la mère de l'écrivain et réalisateur Emmanuel Carrère, de l'avocate Nathalie Carrère et du médecin et journaliste Marina Carrère d'Encausse, la sœur du compositeur Nicolas Zourabichvili et la cousine de Salomé Zourabichvili, qui fut ambassadeur de France en Géorgie, puis ministre des Affaires étrangères de Géorgie et, actuellement, une des figures de l'opposition géorgienne.