Hélène a été mariée à l'empereur romain Constance Ier Chlore, qui l'a répudiée pour des raisons politiques. Lorsque son fils Constantin Ier le Grand devient empereur à York en 306, il la nomme impératrice douairière et, sous son influence, elle devient chrétienne. Elle était dévouée à son petit-fils aîné, Crispus Caesar, que Constantin nomma chef titulaire de la Gaule, mais les troubles au sein de la famille impériale culminèrent avec l'exécution de Crispus et de Fausta, la seconde épouse de Constantin et la belle-mère de Crispus.


Par la suite, l'histoire s'est répandue que Fausta avait accusé Crispus d'avoir tenté de la séduire - d'où l'exécution de Crispus en 326. Fausta, à son tour, fut dénoncée par Hélène, accablée de chagrin, et exécutée peu de temps après. Immédiatement après cette double tragédie, Hélène se rendit en pèlerinage en Terre sainte. Elle fait construire des églises sur les lieux réputés de la Nativité (à Bethléem) et de l'Ascension (près de Jérusalem) du Christ.

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Avant 337, on affirmait à Jérusalem que la croix du Christ avait été trouvée lors de la construction de l'église de Constantin sur le Golgotha, sous un temple de Vénus qui avait été démoli sur le site. Plus tard dans le siècle, c'est Hélène qui a été créditée de la découverte.