Вторая дочь графа Романа Илларионовича Воронцова от брака с Марфой Ивановной Сурминой. После смерти матери в 1745 году вместе с сестрой и братом воспитывалась в доме дяди, вице-канцлера М. И. Воронцова. В 1750 году вместе с младшей сестрой Екатериной была определена императрицей Елизаветой Петровной во фрейлины в придворный штат великой княгини Екатерины Алексеевны, которая нашла её:
.
Впрочем, мнению Екатерины Алексеевны, ненавидевшей Петра III и близких ему людей, вряд ли можно полностью доверять.
Явное предпочтение, оказываемое великим князем Петром Фёдоровичем спустя несколько лет «толстой и нескладной», «с обрюзглым лицом», «широкорожей» фрейлине Воронцовой, которую он попросту называл «Романовной», вызывало всеобщее изумление. Многие считали, что великий князь «высказал очень прискорбный вкус». Это увлечение великого князя, забавлявшее Елизавету Петровну, прозвавшую Воронцову «госпожой Помпадур», со вступлением его на престол перешло всякие границы.
Немедленно по воцарении Пётр III пожаловал Воронцову в камер-фрейлины, отвёл ей в Зимнем дворце комнаты рядом со своими, а 9 июня 1762 года торжественно возложил на неё Екатерининскую ленту. В воспоминаниях современников тех лет Елизавета Воронцова постоянно фигурирует как «официальная фаворитка» императора и участница его развлечений, по словам Болотова, император «проводил почти всё время с ней». Петр III «не скрывал ни перед кем непомерной любви к ней».
Иностранные послы в Санкт-Петербурге сообщали о намерении императора заточить супругу в монастырь и жениться на фрейлине Воронцовой. Однако, бесхарактерная и безалаберная, не лишённая ума, по природному добродушию и беспечности Елизавета Воронцова мало пользовалась своим положением.
После переворота 29 июня 1762 года Воронцова была арестована вместе с Петром III в Ораниенбауме, несмотря на её просьбы на коленях перед Паниным последовать за Петром в Голштинию, была отправлена в подмосковную деревню отца, причём лишилась камер-фрейлинского портрета и ордена Святой Екатерины. Но тотчас после этого Екатерина II взялась устроить дальнейшую судьбу Воронцовой, думала о покупке для неё дома в Москве и приказала графу Р. И. Воронцову выделить дочь, «чтобы она уже ни с кем дела не имела и жила в тишине, не подавая людям много причин о себе говорить».
18 сентября 1765 года Елизавета Воронцова вышла замуж за полковника, потом статского советника Александра Ивановича Полянского (1721-1818). Свадьба состоялась в подмосковном имении Воронцовых Коньково. После супруги переехали в Петербург, где Воронцова жила до своей смерти. Не появляясь при дворе, она бывала в свете и виделась даже с близким другом Екатерины II графиней А. С. Протасовой.
Письма Елизаветы Воронцовой к брату, графу С. Р. Воронцову, мало уступают французскому слогу её сестры, княгини Дашковой, и полны подробностями о светских и придворных происшествиях. Оба брата её, графы Семён и Александр Воронцовы, очень её любили и отдавали ей большое предпочтение перед княгиней Дашковой, которую не без основания упрекали за недружелюбное отношение к сестре, сильно её побаивавшейся не только во время своего фавора, но и после своей опалы.
Елизавета Романовна скончалась 2 февраля 1792 года и похоронена на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры.
От брака с Полянским имела детей: