Семье Эльзы принадлежала башня Лёвеншеде в Ревеле. Драматическому искусству училась у Марии Спеттини (1847—1904) в Санкт-Петербурге.
В 1901 году дебютировала в Берлине на сцене Novitatenbuhne, труппе, выступавшей с гастролями в бывшей Восточной и Западной Пруссии.
В начале 1900-х Эльза Вагнер играла в театрах Гейдельберга и Плауэна, Ганновера (1907—1911), затем в берлинском Немецком театре у Макса Рейнхардта (1911—1921).
С 1921 года и до конца Второй мировой войны выступала в Берлинском драматическом театре, затем — в Немецком театре (с 1951), в Театре Шиллера и Schlossparktheater в Берлине.
В кино Эльза Вагнер дебютировала в 1916 году, снявшись за время своей карьеры в более чем 170-ти фильмах, играя преимущественно роли второго плана. Снималась также и на телевидении.
В 1966 году была отмечена Золотой наградой Немецкой киноакадемии за выдающийся жизненный вклад в немецкий кинематограф.
В 1971 году за особые заслуги перед Берлином удостоена знака Эрнста Ройтера.Похоронена на Далемском кладбище