Par son père, Hélène Vladimirovna est donc la petite-fille du tsar (1818-1881) et de la princesse Marie de Hesse-Darmstadt (1824-1880) tandis que, par sa mère, elle descend du grand-duc (1823-1883) et de la princesse Augusta de Reuss-Köstritz (1822-1862). Elle est également la sœur du grand-duc Cyrille Vladimirovitch (1876-1938), prétendant au trône de Russie après l'assassinat de la famille impériale en 1918.