Ze trad in 1676 in het huwelijk met keizer Leopold I. Leopold was al twee keer getrouwd geweest, namelijk met infante Margaretha Theresia van Spanje (dochter van koning Filips IV van Spanje) en met aartshertogin Claudia Felicitas van Oostenrijk (kleindochter van Cosimo II de' Medici). Beide vrouwen konden hem echter geen opvolger schenken. De verwachtingen van Eleonora waren dan ook erg hoog. Zij wist haar echtgenoot uiteindelijk tien kinderen te schenken, waaronder twee overlevende zoons die beiden keizer van het Heilige Roomse Rijk zouden worden:
Eleonora stond bekend als een zeer religieus vrouw. Ook was ze erg somber en zelfdestructief. Het gerucht ging zelfs dat ze een armband droeg met stekende punten aan de binnenkant en dat ze net zo lang in de zon ging liggen, totdat ze verbrandde. Verder tergde ze zichzelf door lange periodes te vasten.