Мать Евдоксии — римлянка, отец Флавий Бавтон — франкский полководец при императорах Грациане (375–383), Валентиниане II (375–392) и Феодосии (392–395); консул 385 года. В 380 году он был назначен императором Грацианом военным магистром, то есть главнокомандующим войсками империи. После кончины отца (не позднее 388 года) Евдоксия воспитывалась в доме магистра конницы Флавия Промота.
По сведениям источников, Элия Евдоксия отличалась необыкновенной красотой (Зосим, V, 3, 2). Кроме того, у нее были влиятельные покровители. Проект ее брака с Аркадием принадлежал препозиту священной опочивальни (praepositus sacri cubiculi) евнуху Евтропию, который заведовал личными покоями императора. Тем самым Евтропий надеялся разрушить планы могущественного префекта претория галла Флавия Руфина, намеревавшегося женить Аркадия на своей дочери.
Коллизия эта, вероятно, развернулась после смерти 17 января 395 года отца Аркадия — императора Феодосия I. Таким образом, между Евтропием и Руфином, получившим статус регента, началась открытая борьба за власть, в которой, как показали дальнейшие события, Евтропий оказался удачливее.
Свадьба Аркадия и Евдоксии состоялась 27 апреля 395 года — всего лишь через три месяца после смерти Феодосия. В этом браке Евдоксия родила пятерых детей: Флакиллу (Флациллу; 397–403?), Пульхерию (399–453), Аркадию (400–444), Феодосия (401–450), который впоследствии стал императором и пробыл на троне 42 года, и Марину (403–449).
В ноябре 395 года Руфин с согласия и в присутствии Аркадия был убит, и фактическая власть в восточной части империи перешла к Евтропию, который в 398 году стал патри-кием, а в 399 году — консулом. Прежде эти титулы никогда не давались евнухам. Ему даже были поставлены статуи, что также в отношении евнухов было новшеством. Слабый здоровьем вялый Аркадий делами империи интересовался мало и с удовольствием передал бразды правления жене. Так Элия Евдоксия оказалась у кормила власти наравне с Евтропием и тут же, поскольку обладала весьма сильным характером и не меньшим лукавством, принялась интриговать против того, кто способствовал ее возвышению. В результате Евтропий лишился благоволения императора и был сослан на Кипр, однако же вскоре самонадеянно вернулся в Константинополь из ссылки и в конце 399 года был казнен по обвинению в ношении императорских одежд.
9 января 400 года Евдоксия была провозглашена августой, то есть статус жены императора был приравнен к статусу самого императора, и извещения об этом были разосланы по всей империи. До этого наделение императрицы титулом августы было редким явлением (за весь IV век августами были провозглашены только две из семи императриц). Это событие было встречено с неприязнью на западе империи, где Гонорий, первый западноримский император после окончательного разделения Римской империи на западную и восточную части, не наделил титулом августы ни первую, ни вторую свою жену. Таким образом, статус Евдоксии положил начало византийской концепции августы, развитой в последующие века.
На монетах Евдоксия изображалась не в одеянии августов, как, например, Флакилла, мать Аркадия. Она была представлена в момент коронации десницей Божией, что подчеркивало сакральную составляющую полученной ею власти.
Наделенная от природы сильным, деятельным и властным характером, а также, по словам Филосторгия, «варварской отвагой» (Церковная история, XI, 6, 3–5), Евдоксия фактически правила единолично. Правда, по мнению некоторых исследователей, это сводилось в основном к закулисной игре в соответствии с традиционным представлением о месте женщины в римском обществе. Евдоксия не имела отношения к публичным актам правления, ее внешняя роль ограничивалась придворным церемониалом. Формально власть оставалась в руках безвольного Аркадия, которым она ловко управляла.
Современники Евдоксии часто обвиняют ее в супружеской измене и даже приписывают отцовство наследника, будущего императора Феодосия И, придворному комиту Иоанну.
Евдоксия играла большую роль в религиозной жизни Византии. Будучи преданной сторонницей вероучения, принятого на первых Вселенских соборах 325 и 381 годов, она оказывала помощь (в том числе финансовую) церкви и покровительство Иоанну Златоусту, когда тот в 398 году стал архиепископом. Когда в ответ на арианские процессии по его инициативе в Константинополе были организованы регулярные ночные крестные ходы, Евдоксия помогла в их проведении.
В источниках не раз отмечаются благотворительная деятельность Евдоксии, ее пожертвования приходившим к ней просителям, а также на богоугодные дела (в частности, на строительство храма и странноприимного дома в Газе).
Пользуясь своим влиянием на Аркадия, Евдоксия сумела осуществить ряд действий, направленных на укрепление христианства в империи. Среди прочего она убедила мужа закрыть языческий храм в Газе, несмотря на то что Аркадий поначалу был против, поскольку опасался лишиться значительных для казны фискальных сборов, которые поступали от язычников.