Дочь императора Священной Римской империи Фердинанда III и его третьей жены Элеаноры Гонзага. Ее отец умер когда ей было четыре года, Элеонора Мария вместе с сестрой Марией Анной росла в Вене под присмотром матери.
27 февраля 1670 года в монастыре Ясная Гора Элеонора Мария вышла замуж за короля Польши Михаила Корибута Вишневецкого. Брак был заключен по политическим мотивам, невесте было 17 лет. Король умер через три года, их единственный сын умер при рождении 29 ноября 1670 года.
Вернувшись ко двору эрцгерцогиня встретила там лучшего друга её брата, Карла V, герцога Лотарингского (1643—1690), вынужденного покинуть свои земли, оккупированные Францией. Разница в статусе мешала их отношениям, однако спустя пять лет отношений они поженились с разрешения императора. Свадьба имела место 6 февраля 1678 года в Винер-Нойштадте. Леопольд I назначил Карла наместником в Тироле.
Герцогиня родила шестерых детей, из которых выжили четверо:
