Élodie Frégé est née le 15 février 1982 à Cosne-Cours-sur-Loire dans la Nièvre d'un père attaché de direction et d'une mère esthéticienne. Elle a un frère, Jean-François, et deux soeurs, Christelle et Sandra. Elle a appris la danse dès l'âge de cinq ans et intègre une école de danse à douze ans. Elle a découvert la musique vers l'âge de six ans par son grand-père, accordéoniste. Elle commence à apprendre à jouer de la guitare à l'âge de huit ans. En 1998, elle obtient son brevet de guitare classique. C'est également cette année qu'elle chante pour la première fois au festival Nuits du Vieux Château de sa ville natale auquel elle était venue pour une prestation de danse. Sa prestation séduit les organisateurs et elle est réinvitée l'année suivante mais cette fois-ci pour chanter. Elle reviendra d'ailleurs chanter à ce festival alors que sa future carrière musicale sera lancée. Pourtant, dans un premier temps, elle ne s'oriente pas vers le monde professionnel de la chanson. Après son baccalauréat, elle prépare une licence d'anglais à Dijon mais stoppe ses études à l'université pour intégrer une école de spectacle à Paris.
En 2003, elle est sélectionnée pour participer à la saison 3 de l'émission de télé-réalité Star Academy sur TF1. Elle remporte la finale de l'émission et gagne le droit d'enregistrer un album et 1 million d'euros dont elle donne la moitié au finaliste déçu, Michal Kwiatkowski. Elle participe ensuite à la tournée Star Academy et remporte le 30 mars 2004 le concours Worldbest réunissant les gagnants des différentes versions de Star Academy à travers le monde.
Son premier album, Élodie Frégé, sort au printemps 2004, et se vend à plus de 150 000 exemplaires. De cet album sont extraits trois singles qui sortent en format CD : De l'eau, Viens jusqu'à moi (en duo avec Michal Kwiatkowski) et Je te dis non. Ce dernier single marque sa première collaboration avec
Catherine Breillat qui en réalise le clip. En 2005, elle remporte le trophée Les Ailes de l'Expérience décerné par l'Académie de Mâcon.
En 2006, Élodie Frégé sort son deuxième album, Le Jeu des 7 erreurs, réalisé en collaboration avec
Benjamin Biolay, qu'elle avait rencontré lors d'un concert de Florent Marchet en mai 2005. Sur cet album collabore également Jacques Lanzmann (La Fidélité) et elle y reprend une composition originale de Keren Ann (Si je reste (un peu)). Elle y reprend une chanson écrite par
Serge Gainsbourg (Le Velours des vierges). Il se vendra à plus de 90 000 exemplaires. Elle entame alors une tournée en France et en Belgique en solo et se produit notamment au Café de la Danse et à La Cigale. Trois clips sont produits autour de l'album pour les chansons La Ceinture dans un premier temps puis Si je reste (un peu) et La Fidélité que Catherine Breillat réalise. La Fidélité bénéficie d'un deuxième clip alternatif. Le 5 décembre 2007, la radio Chérie FM décerne deux prix à Élodie Frégé lors de sa cérémonie des Étoiles de la Musique : « Révélation française de l'année » et « Meilleur chanson » pour La Ceinture.
En 2010, Élodie débute au cinéma dans le rôle de Suzanne Pujol jeune dans le film
Potiche de François Ozon. Le rôle de Suzanne Pujol est interprétée par
Catherine Deneuve. Le 4 octobre sortira son nouvel album intitulé La Fille de l'après-midi.