Le 26 novembre 1570, elle épouse le roi de France Charles IX . Son entrée à Paris est grandiose, masquant sans doute la future vie discrète qu'elle passera en France. Elle donne à son mari une fille qui meurt à cinq ans, Marie-Élisabeth (dite aussi Maria-Ysabel), mais pas de fils.
Élisabeth ne reste que trois ans à la Cour, mais elle y laisse de bons souvenirs, de par sa douceur, sa beauté et sa bonté. Très réservée, et ne parlant pas le français, elle reste une des reines les moins connues de la Renaissance. Se liant d'amitié avec sa belle-sœur Marguerite de France, elle trouva en celle-ci une confidente. Elles correspondront même après le départ d'Elisabeth pour son pays natal. Lorsque que cette dernière apprit que Marguerite se trouvait sans revenus, elle lui cèda généreusement la moitié de son douaire.
Délaissée par Charles IX qui la trompe avec Marie Touchet, elle reste en marge de la cour de France.
Ses vertus édifièrent : le célèbre Pierre de Brantôme en fit l'éloge. Il qualifia Elisabeth d' une des meilleures, des plus douces, des plus sages et des plus vertueuses Reines qui régnât depuis le règne de tous les Rois.
A la mort de son mari, son père souhaita alors la marier au nouveau roi, Henri III, mais celui-ci rejette cette avance.
Un autre projet de mariage s'offrit alors à la reine douairière : Philippe II d'Espagne se trouvait veuf. Elle refusa : Les Reines de France ne se remarient point, comme l'avait naguère dit Blanche de Navarre. Elle regagna donc l'Autriche où elle fondit un ordre religieux à Vienne. elle s'éteint à l'âge de 38 ans.