Née d'un père descendant de l'aristocratie militaire russe et d'une mère anglaise, Helen Mirren poursuit des études dans un institut catholique pour jeunes filles. C'est sur les planches du National Youth Theatre, à 18 ans, que commence sa carrière théâtrale en Grande-Bretagne dans l'interprétation d'œuvres de William Shakespeare. Elle intègre ensuite la Royal Shakespeare Company dont elle sera l'une des représentantes.
Elle obtient son premier rôle au cinéma en 1969 avec Age of Consent de Michael Powell, avant de voir, en 1973, pour la première fois son nom au générique dans Le Meilleur des mondes possibles de Lindsay Anderson. En 1981, elle joue la fée Morgane dans l'épopée merveilleuse de John Boorman, inspirée de Thomas Malory : Excalibur.
En 1984, elle reçoit un Prix d'interprétation cannois pour son rôle de veuve irlandaise dans Cal de Pat O'Connor et en gagne un autre en 1995 grâce à son apparition en Reine Charlotte dans La Folie du roi George de Nicholas Hytner.
En 2006, la Coupe Volpi pour la meilleure interprétation féminine reçue à la {{63e}} Mostra de Venise vient saluer sa nouvelle prestation en tête couronnée dans The Queen de Stephen Frears. Elle y campe une impavide Elisabeth II, à l'autorité fragilisée par le décès de son ex belle-fille : Lady Diana. En février 2007, elle gagne deux Golden Globes de la meilleure comédienne à la même cérémonie où elle est d'ailleurs nommée trois fois (une première dans l'histoire de la manifestation). L'un a honoré son jeu dans The Queen, l'autre a distingué sa performance en Elizabeth I dans le téléfilm de Tom Hooper, pour lequel elle avait déjà raflé le Emmy Award de la meilleure interprète féminine dans un téléfilm ou une minisérie 2006. Elle obtient l'Oscar de la meilleure actrice en mars 2007 pour The Queen. Helen Mirren obtient en 2007 un deuxième Emmy consécutif, récompensant cette fois son rôle dans la série Suspect numéro 1.
Elle est l'épouse du réalisateur Taylor Hackford depuis 1997.