Елена Павловна покровительствовала очень многим деятелям науки и искусства, светским учреждениям и храмам. Особой любовью великой княгини пользовался Воздвиженский храм Московской Ямской слободы в Петербурге, которому благотворительница подарила несколько икон и большой запрестольный образ Воздвижения Креста Господня. С целью популяризации православия на Западе она заказала перевод и издание на французском языке литургии Святого Иоанна Златоуста, краткого молитвослова и покаянного канона Андрея Критского; в 1862 г. она совместно с А.И. Кошелевым инициировала подписку на строительство православной Петропавловской церкви в Карлсбаде и заказала для нее дубовый иконостас.
Художнику А.А. Иванову Елена Павловна дала деньги на перевоз картины «Явление Христа народу» из Италии в Россию. Она помогала живописцам И.К. Айвазовскому и К.П. Брюллову, музыканту А.Г. Рубинштейну, актерам И.Ф. Горбунову и А.А. Нильскому, хирургу Н.И. Пирогову, этнографу Н.Н. Миклухо-Маклаю и т.д. Елена Павловна устраивала за свой счет концерты известных музыкантов для широкой аудитории. Продав свои бриллианты, великая княгиня большие суммы передала Русскому музыкальному обществу и консерватории, oткрыв в 1858 г. начальные консерваторские курсы в своем дворце.
Меценатка содействовала посмертному изданию собрания сочинений Н.В. Гоголя, оказывала всестороннюю помощь Императорской Петербургской АН, университету, Вольному экономическому обществу.
Основав по подсказке Н.И. Пирогова Крестовоздвиженскую общину сестер милосердия с перевязочными пунктами и подвижными лазаретами, Елена Павловна обратилась ко всем русским незамужним женщинам с призывом о помощи больным и раненым. Для общины со всеми ее нуждами, включая склад вещей и медикаментов, пошивочную мастерскую, великая княгиня предоставила свой дворец.
После того как все сестры прошли краткий курс ухода за ранеными и ассистирования при операциях во втором Санкт-Петербургском военно-сухопутном госпитале, великая княгиня пробила брешь непонимания среди правительства и добилась высочайшего разрешения на отправку сестер милосердия на фронт.
Хотя светское общество косо глядело на «причуды» великой княгини, многие ее идеи поневоле проникали в сердца и умы дворцовой знати. Тем более что Елена Павловна была не только человеком слова, но и дела — она ежедневно посещала лазареты и сама перевязывала раненых. Для севастопольских госпиталей Елена Павловна ухитрилась выписать из Англии хину.
Всего в госпиталях Севастополя трудилось 127 сестер, к ним присоединилось еще до 200 женщин, откликнувшихся на призыв Елены Павловны. Ежедневно они помогали от 500 до 3000 раненым. Самое печальное, медсестры были вынуждены вести контроль за отпускаемыми на лечение раненых средствами — многие пострадавшие за Отечество погибали в госпиталях без медикаментов и еды, поскольку деньги, на это отпущенные казной, безбожно разворовывались администрацией всех уровней. Именно в целях такого контроля, не имевший сил и средств остановить дикий грабеж госпиталей, великий Пирогов и убедил Елену Павловну создать это общество. Однако в считанные месяцы против медсестер организовалась мощная бюрократическая оппозиция. Елена Павловна постоянно выручала своих единомышленниц, но Николай I перед угрозой государственного переворота вынужден был смириться с воровским беспределом своей администрации и регулярно отзывал наиболее активных медсестер с фронта. Таких женщин, обычно бездомных, Елена Павловна селила в своем дворце.
После войны 96 сестер и 10 испытуемых Крестовоздвиженской общины продолжали жить до 1859 г. в Михайловском дворце, после чего Елена Павловна нашла для общины отдельное здание и открыла там больницу для самых бедных петербуржцев, лечебницу для приходящих больных с бесплатными лекарствами и двухклассную бесплатную школу для 30 девочек. Все расходы общины по уходу за больными в госпиталях и больницах Санкт-Петербурга и Кронштадта великая княгиня взяла на себя.
Благотворительница патронировала также первому бессословному училищy Святой Елены; в 1844 — 1846 гг. основала в столице Елисаветинскую детскую больницу, ставшую первым специализированным центром для обучения врачей-педиатров. Великая княгиня открыла в Москве и в Павловске детские приюты Елисаветы и Марии; при Максимилиановской больнице (лечебнице Святого Лазаря) в 1857 г. создала постоянный стационар для бесплатного лечения раненых офицеров, в котором впервые в России больных принимали врачи-специалисты уровня Пирогова и Арендта, а лекарства неимущим пациентам выдавались бесплатно.
По замыслу и на завещанные великой княгиней 75 тысяч рублей в 1885 г. ее дочь, Екатерина Михайловна, и терапевт профессор Э.Э. Эйхвальд организовали учебную базу для подготовки и повышения квалификации врачей — Клинический институт великой княгини Елены Павловны (ныне Еленинский клинический институт).