Po abdykacji Jana II Kazimierza, brat Eleonory cesarz Leopold I poparł kandydaturę następcy tronu lotaryńskiego, Karola V. W razie zdobycia przez Karola tronu, Eleonora miała poślubić go i zostać królową polską. Ostatecznie władcą został jednak Michał Korybut Wiśniowiecki i to jego małżonką została arcyksiężna. 26 grudnia 1669 zawarto układ małżeński pomiędzy Michałem a Eleonorą, który został przez nią potwierdzony następnego dnia. 27 lutego 1670 na Jasnej Górze odbył się ślub obojga, którego udzielał nuncjusz papieski Galeazzo Marescotti. 19 października tegoż roku została koronowana na królową w kolegiacie św. Jana w Warszawie. Przyczyną koronacji królowej w Warszawie, a nie w Krakowie mogła być zaawansowana ciąża Eleonory, zakończona przedwczesnym porodem martwego syna 29 listopada. Jesienią 1671 królowa ponownie była w ciąży, jednak zakończyła się ona kolejnym niepowodzeniem. Przeciwnicy króla twierdzili, że Michał zmuszał żonę do udawania ciąż, jednak były to tylko absurdalne plotki.



Eleonora była królową bardzo lojalną w stosunku do męża i dworu. Nauczyła się języka polskiego, lecz pisała głównie po łacinie. Uważana była za wzór dobroci i łagodności, jednak potrafiła zranić innych ludzi. Towarzyszyła mężowi w jego podróżach, które odbywały się głównie na terenie Polski. Po śmierci Wiśniowieckiego we Lwowie, królowa przebywała jeszcze kilka lat w Polsce, po czym powróciła do Austrii.

6 lutego 1678 Eleonora poślubiła swojego dawnego narzeczonego, Karola V Lotaryńskiego w Wiener Neustadt. Małżonkowie osiedli na stałe w należącym do Habsburżanki Innsbrucku. Była królowa polska urodziła Karolowi sześcioro dzieci. Po wyprawach na Turków pod dowództwem Jana III Sobieskiego i śmierci Karola w 1690, Eleonora ponownie została wdową. Zmarła siedem lat później. Została pochowana w krypcie Habsburgów w kościele Kapucynów w Wiedniu.