Grâce à son père, un artiste dramatique elle assiste adolescente, aux pièces de théâtre de Lucien Guitry et côtoie Sarah Bernhardt. Suivant la tradition familiale, à onze ans, elle monte sur les planches à Monte-Carlo pour jouer aux côtés de son père puis entre au Conservatoire d'art dramatique de Paris où elle se lie d'amitié avec une autre élève, Françoise Rosay. Elle débute au théâtre en 1913 ayant souvent comme partenaire Lucien Guitry au Théâtre du Gymnase.

Elle se retire de la profession dans fin des années 20 et part vivre dans le Midi de la France pendant une quinzaine d'années. Le 30 septembre 1927 elle se marie avec Antoine Marius Hugues, mais le destin la frappe, elle perd son jeune enfant, puis son mari à l'âge de 58 ans. Elle décide de revenir à Paris.

Oubliée après ce long retrait, c'est grâce à son amie Françoise Rosay, qui lui permet de revenir sur les planches. Elle sert de grands auteurs tels Félicien Marceau pour « Les cailloux » (1962) où elle compose une savoureuse aristocrate voleuse ; Graham Greene dans « Le paria » (1963) aux cotés de Gaby Morlay et Daniel Gélin ; « Arsenic et vieilles dentelles » en 1963 une pièce à l'humour noir de Joseph Kesselring qui lui offre le rôle d'une charmante Lady qui avec sa sœur (Madeleine Barbulée) assassine des personnes âgées croyant leur rendre service.

Parallèlement à son activité théâtrale elle débute au cinéma en 1959 à l'âge de 72 ans dans des rôles adaptés à son physique de vieille dame au visage doux, les cheveux gris noués en chignon.

Elle apparaît dans une quarantaine de bons films, en grand-mères, en commères, en tantes, en bonnes voisines à qui l'on se confie facilement comme dans « Recours en grâce » (1959) de Laslo Benedek, où elle est la confidente d'Emmanuelle Riva ; puis sœur Jeanne de la Divine Enfance dans « Le dialogue des carmélites » (1960) de Raymond Leopold Bruckberger ; la supérieure de la maison de retraite dans « Les vieux de la vieille » (1960) de Gilles Grangier avec Noël-Noël , Pierre Fresnay et Jean Gabin avec lequel elle sera souvent à ses cotés.

Beaucoup de rôles de concierges, c'est le cas entre autres dans « Le cave se rebiffe » (1961) de Gilles Grangier aux côtés de Jean Gabin ; Mme Pia, la concierge dans « Le repos du guerrier » (1962) de Roger Vadim avec Brigitte Bardot et Robert Hossein, elle endosse aussi le tablier de la bonne cuisinière et retrouve Jean Gabin dans le rôle titre « Le président » (1961) de Henri Verneuil ; la mémé dans « La belle américaine » (1961) de Robert Dhéry ; la pocharde Joséphine, une habituée du café dans « Un singe en hiver » (1962) d'Henri Verneuil encore avec Jean Gabin et son complice Jean Paul Belmondo ; une mendiante dans (Aurélia) (1964) de Anne Dastrée ; la bonne dans « La curée » (1965) de Roger Vadim avec Jane Fonda et Michel Piccoli.

Robert Dhéry, la rappelle en 1967 pour être la garde-barrière dans sa comédie « Le petit baigneur » avec un savoureux casting dont Louis de Funès, Andréa Parisy et Michel Galabru… On voit notre charmante mémé joue l'aristocrate ; une marquise dans « Toutes folles de lui » de Norbert Carbonnaux avec Sophie Desmaret et Robert Hirsch et la baronne Aline de Kerfuntel qui tient comme les autres membres de la famille avide de profiter de l'héritage d'un vieil oncle fortuné dans une comédie grinçante de Renaldo Bassi « Un merveilleux parfum d'oseille » (1969) avec Françoise Rosay, Francis Blanche et Yves Rénier.

Elle campe une vieille dame aveugle dans « Mourir d'aimer » (1971) un mélodrame inspiré d'une histoire vraie, où André Cayatte dépeint l'amour interdit entre une professeur, (Annie Girardot) et un de ses élèves (Bruno Pradal).

Hélène Dieudonné ajoute à son parcours cinématographie de nombreuses séries télévisées à succès citons : Angèle, la domestique de la famille de « Janique aimée » (1963) avec Janine Villa dans le rôle titre ; Célestine la vieille cuisinière dans « Belle et Sébastien » (1965) écrit et réalisé par Cécile Aubry avec son garçon Mehdi El Glaoui ; elle joue une religieuse dans la série policière « Vidocq » (1967) incarné par Bernard Noël ; où encore Noémie la grand-mère de Sylvain Joubert qui cherche a venger la mort de son frère dans le feuilleton historique « Ardéchois cœur fidèle » (1974) réalisé par Jean-Pierre Gallo.

Pour sa dernière apparition au grand écran, elle obtient le rôle principal dans « Les grands moyens » (1975) de Hubert Cornfield, malgré son grand âge, cette mère décide d'élaborer une terrible vendetta pour venger l'assassinat de son fils, un inspecteur de police et fait appel à ses deux sœurs, octogénaires aussi, ces trois femmes vont poursuivre et décimer un à un ces assassins.

Hélène Dieudonné et Roger Carel - Dans le film : Les Grands Moyen de 1975.

A l'âge de 88 ans, elle finit par prendre sa retraite. Cette savoureuse petite mémé, aux traits doux, la bonté de son regard et sa voix nasillarde fut désignée par les lectrices d'un hebdomadaire féminin « la plus charmante grand-mère du cinéma français » Hélène Dieudonné décède le 29 septembre 1980 à l'hôpital de Chaumont-en-Vexin dans l'Oise. Elle repose au cimetière des Gonards à Versailles…