Hélène Carpentier naît à Amiens. À 5 ans, elle débute le piano puis, à 12 ans, elle suit une formation de pianiste. À 17 ans, elle rencontre Marie-Dominique Loyer qui l'initie au chant. La professeur du conservatoire d'Amiens la prépare aux concours tout en lui apprenant les techniques respiratoires et vocales. En 2015, elle rejoint le chœur d'adultes de la Maîtrise Notre-Dame de Paris. L'année suivante, elle intègre le Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris. Au cours de sa formation, elle participe à différentes productions : elle chante Hanna dans La Veuve joyeuse (Lehár) au CNSMDP, puis Gabriel dans La Création (Haydn) à Notre-Dame de Paris et participe au Laudes Creaturarum d'Arthur Oldham, à la Philharmonie de Paris.

En 2017, elle est lauréate du 29ème Concours de Marmande, de celui d'Avignon et de celui de Bordeaux. En 2018, elle remporte le Concours Voix Nouvelles et est Révélation Classique de l'ADAMI. La même année, elle chante Albina dans La Dame du lac (Rossini) en concert à Marseille, ainsi que Micaëla dans une réduction pour enfants de Carmen à Rouen et au TCE. En 2019, elle s'attaque aux vocalises du rôle de Madeleine dans Le Postillon de Lonjumeau à Rouen. Puis, en 2020, elle prend le rôle de Despina dans Cosi fan tutte pour ses débuts à Nice. 

En 2020/2021, Hélène Carpentier participera au Retour d'Idoménée à Lille en octobre avant d'interpréter Le Marchand de sable et la Fée Rosée dans Hänsel et Gretel à l'Opéra du Rhin en décembre. En mars, elle sera Mélisande dans Ariane et Barbe-Bleue de Dukas à Lyon. En juin, elle sera Inès dans L'Africaine de Meyerbeer à Marseille, puis chantera Eolie dans Circé en concert à Versailles.