D'origine belge, née le 10 juillet 1877, elle quitte l'école à 14 ans et commence à gagner sa vie. Son parcours atypique témoigne d'une femme exception.
Devenue coureuse professionnelle, elle bat le record de l'heure sur piste en cyclisme en 1895 puis en 1897 et 1898, elle remporte les championnats du monde de cyclisme sur piste à Ostende en Belgique, et acquiert le surnom de "la flèche humaine".
Après ses prestations sportives, elle utilise ses aptitudes pour donner des représentations dans des spectacles.
En 1908, Hélène Dutrieu est approchée par Clément Bayard pour devenir pilote d'essai d'avion en France. En septembre de 1910, en volant non-stop d'Ostende à Bruges, en Belgique, elle acquiert une renommée mondiale. Le 25 novembre 1910, elle devient la première aviatrice brevetée en Belgique et la seconde dans le monde, la première étant Élise Deroche, une Française. Elle reçoit le premier brevet aérien belge attribué à une femme avec le numéro le 27. Au cours de sa deuxième année comme aviatrice, elle échappe de justesse à la mort par deux fois. Elle a visité les États-Unis en 1911, et fait ses débuts américains à la réunion du Nassau Aviation Boulevard. De retour en Europe, Hélène Dutrieu remporte la coupe Femina en atterrissant sur l'aérodrome de Hyères le Palyvestre. Ses exploits continuent au travers de l'Europe, rivalisant avec les meilleurs aviateurs de l'époque.
En 1913, le gouvernement français a décerné à Dutrieu la Légion d'honneur pour ses prouesses.
Quand la première guerre mondiale éclate, elle a déjà arrêté de voler pour devenir conductrice d'ambulance. A la demande du général Février elle prend la direction des ambulances de l'Hôpital Messimi, avant de devenir directrice de l'hôpital de campagne du Val-de Grâce. Après la guerre elle devient journaliste et se marie.