Née de parents immigrants croates le 21 juillet 1930, Jelena Ana Miltecic chante à ses débuts dans les clubs de sa ville natale, New York, à l'âge de quatorze ans. Deux ans plus tard, en 1946, c'est sous le nom d'Helen Merrill qu'elle prend le micro, accompagnée par le Reggie Childs Orchestra. Mariée au clarinettiste Aaron Sachs, elle côtoie alors la crème du jazz cool. Le couple divorcera en 1956.
En 1952, Helen Merrill enregistre ses premier titre « A Cigarette for Company » avec la formation du pianiste Earl Hines, sur l'album Xanadu, où vocalise également Etta Jones. Accueillie sur le label EmArcy, filiale de Mercury, la chanteuse travaille à son premier album avec le trompettiste Clifford Brown, le contrebassiste Oscar Petiford et l'arrangeur Quincy Jones. Chef d'oeuvre doublé de succès commercial, Helen Merrill lui apporte un contrat de quatre albums. En 1995, Helen Merrill rendra hommage à « Brownie », décédé deux ans après leur collaboration. En 1956, l'album Dream of You marque le retour de l'arrangeur Gil Evans après plusieurs années de silence et interpelle Miles Davis.
Populaire en Europe, Helen Merrill tourne fréquemment sur le continent et s'installe en Italie, enregistrant sporadiquement au cours des années 1960. Les albums Helen Merrill Sings Italian Songs, Casa Forte (1980) et Parole e Musica (1981) témoignent de son attachement à la chanson italienne. Après un bref retour aux États-Unis pour une collaboration avec l'arrangeur Dick Katz, c'est au Japon, où sa popularité est grande, que la chanteuse élit domicile en 1966. Elle partage son temps entre sa carrière, la production pour le label Trio Records et l'animation d'une émission sur une radio tokyoite.
En 1972, elle regagne les États-Unis et se recentre sur l'enregistrement et les tournées, diversifiant son répertoire par des albums de bossa nova, des chants de Noël et des hommages à Irving Berlin ou Rodgers & Hammerstein. L'album Collaboration sorti en 1987 voit Helen Merrill renouer avec Gil Evans pour de nouveaux arrangements de Dream of You. La même année, elle chante avec Billy Eckstine un duo en hommage à Betty Carter. Toujours en activité après six décennies, Helen Merrill enregistre Elena Ana Miltecic a.k.a. Helen Merrill (2000) puis Lilac Wine (2004).
