Hélène Châtelain est née à Bruxelles de parents russo-ukrainiens.

Arrivée à Paris en 1956, elle devient une artiste aux mille facettes et au parcours exceptionnel, entre écriture poétique et cheminement libertaire.

Elle tient le premier rôle dans le film La Jetée de Chris Marker. Au début des années 1960, elle rencontre le dramaturge et poète Armand Gatti. Elle accompagne alors ses créations comme comédienne puis, plus rarement, comme metteure en scène. Elle a publié de nombreux textes sur son œuvre (préfaces ou articles).

À l’exception de son cheminement avec Gatti, elle s’éloigne du théâtre et devient réalisatrice à partir de 1973, avec un premier film réalisé avec René Lefort, en lien avec le Groupe d’information sur les prisons : Les Prisons aussi.

Elle est l’auteure de plusieurs documentaires, certains avec Gatti (Le Lion, sa cage et ses ailes et La Première Lettre), d’autres consacrés à l’œuvre de Gatti (Irlande, terre promise ; Chant public devant deux chaises électriques), mais aussi à la Russie (Goulag) ou à l’anarchie (Nestor Makhno, un paysan d’Ukraine). Certains sont conçus et réalisés avec Iossif Pasternak. Son œuvre s’inscrit explicitement dans les luttes et l’histoire du mouvement libertaire.

Elle fonde la collection de littérature russe « Slovo » aux éditions Verdier qui publie entre autres Varlam Chalamov, Daniil Harms, Sigismund Krzyzanowski.

Elle découvre, traduit et fait paraître chez Verdier l’auteur Vassili Golovanov. Son livre Éloge des voyages insensés reçoit les prix Laure-Bataillon 2008 et Russophonie 2009 pour la traduction.

En 2003, elle publie avec Claude Faber et Armand Gatti une tribune de soutien à Bertrand Cantat.

Des journées d’études lui sont consacrées en février et mars 2015, à La Parole errante et au Centre Georges Pompidou, « Hélène Châtelain, cinéaste : traversées libertaires » durant lesquelles interviennent notamment Armand Gatti, Olivier Neveux, Catherine Perrel, Hélène Fleckinger, Christophe Postic ou Nadja Ringart.

La même année, le numéro 96 de la revue Trafic lui consacre un ensemble de textes.