Hélène Langevin-Joliot est la fille de Frédéric et Irène Joliot-Curie (prix Nobel de chimie en 1935) et la petite-fille de Pierre Curie (prix Nobel de physique en 1903) et de Marie Curie (prix Nobel de physique en 1903 et prix Nobel de chimie en 1911). Elle est la sœur de Pierre Joliot, biologiste, membre de l'Académie des sciences.
Comme son père Frédéric Joliot-Curie (39e promotion, diplômé en 1923) et son mari Michel Langevin (64e promotion, diplômé en 1949), Hélène Langevin-Joliot est ingénieur de l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI ParisTech) (64e promotion, diplômée major en 1949), école où ses grands-parents, Pierre et Marie Curie, découvrirent le radium et le polonium. Elle soutient sa thèse de doctorat d'État en 1956.
Chercheuse en physique nucléaire fondamentale au CNRS à Orsay, elle est chargée de recherche en 1956, maître de recherche en 1959, puis directrice de recherche en 1969. Elle dirige la division de physique nucléaire de l'Institut de physique nucléaire d'Orsay de 1979 à 1983 et préside la commission de physique nucléaire de 1981 à 1985. C'est une physicienne réputée pour ses travaux sur les réactions nucléaires à moyenne énergie et les états des noyaux révélant les mouvements individuels de nucléons à haute énergie d’excitation.
Membre du conseil scientifique de l'office parlementaire pour les choix scientifiques et techniques de 1985 à 1992, elle est aujourd'hui directrice de recherche émérite au CNRS.
