Другим ярким впечатлением детства Поленовой были путешествия в карете с бабушкой Верой Николаевной Воейковой (Львовой) из Москвы в ее тамбовское поместье Ольшанка. Когда путешественники въезжали в большой сосновый лес недалеко от Тамбова, «бабаша» рассказывала внукам сказку Война грибов. Текст именно этой сказки, которую она помнила и очень любила с детства и в таком варианте больше нигде не встречала, Елена Поленова запишет, проиллюстрирует и издаст в виде первой в истории России художественно оформленной книжки для детей в 1889 году.
В семье Поленовых сыновьям и дочерям давалось одинаковое домашнее образование. Отец занимался с детьми историей, прививая любовь к русской старине и умение изучать памятники древнерусской культуры во всех ее проявлениях. Это умение очень помогло Елене Поленовой в ее дальнейшем художественном творчестве.
«Первым и последним» своим учителем живописи и рисунка Елена Поленова всегда считала Павла Петровича Чистякова. Он был приглашен в семью Поленовых в 1859 году давать профессиональные уроки живописи старшему брату Лили Василию и сестре Вере. Но, заметив способности девятилетней девочки, серьезной, старательной и пытавшейся не отставать от старших, стал и с ней серьезно заниматься рисунком и акварелью.
С 14 лет, в 1864 году, Елена Поленова стала брать уроки в петербургской школе Общества поощрения художеств и, не имея возможности продолжать учебу в Академии художеств, куда женщин в ту пору не принимали, три года пользовалась консультациями И.Н. Крамского.
Занятия с П.П. Чистяковым возобновились только через девять лет, когда он вернулся из-за границы.
В 1875 году, стремясь к общественно-полезной деятельности, Елена Поленова окончила в Петербурге Высшие женские педагогические курсы, получив диплом домашней учительницы истории. В разгар Русско-турецкой войны 1877-1878 годов Елена Поленова вместе со своей старшей сестрой Верой Дмитриевной работала в одном из военных госпиталей Киева, самоотверженно ухаживая за ранеными и больными, привезенными с полей битв. Возвратившись в Петербург, Поленова преподавала в школе для девочек из бедных семей, организованной Н.В. Стасовой при Литейно-таврическом кружке. Однако к 1879 году в душе Елены Поленовой созрело окончательное решение всецело посвятить свою жизнь искусству.
Несколько лет назад она пережила глубокую личную драму. В 1874 году, находясь в Киеве по приглашению сестры, Веры Дмитриевны, она познакомилась с врачом, профессором Киевского университета Алексеем Сергеевичем Шкляровским. В течение полугода Шкляровский и Поленова виделись каждый день, мечтали о совместной жизни, о том, как они вместе переселятся в Москву, которую оба любили. Взаимная симпатия переросла в сильное, страстное, искреннее чувство любви. Шкляровский сделал Поленовой предложение выйти за него замуж. Однако брак не состоялся из-за несогласия родственников Поленовой. Тяжело переживая этот разрыв, не в силах забыть свою первую и единственную любовь, Елена Поленова отныне всю свою жизнь без остатка посвящает искусству.
Иллюстрация к прибаутке Тили-тили тесто 1890-е
Государственный Русский музей, Санкт-Петербург
Она возобновляет систематические занятия у П.П. Чистякова, а в 1879 году, заинтересовавшись прикладным искусством, поступает в открывшийся при петербургской школе Общества поощрения художеств класс живописи по фарфору и фаянсу и одновременно начинает заниматься в натурном классе акварелью.
За большие успехи в области керамики Поленова была удостоена Малой и Большой серебряных медалей и в 1880 году направлена в Париж для изучения живописи на фарфоре и эмали. В истории России Елена Поленова была первой женщиной, которая получила художественно-образовательную командировку за границу.
По возвращении из-за границы Елене Поленовой предстояло возглавить керамический класс петербургской школы Общества поощрения художеств. Однако жизнь неожиданно открыла для художницы новые творческие горизонты.
Иллюстрация к сказке Отчего медведь стал куцый. Фрагмент. Город. 1890-е
Государственный Русский музей, Санкт-Петербург
Иллюстрация к сказке Белая уточка. Фрагмент. 1890-е
Государственный мемориальный историко-художественный и природный музей-заповедник В.Д. Поленова
В московской «художественной семье»
В 1881 году в возрасте тридцати семи лет скончалась от плеврита старшая сестра Елены Поленовой, Вера. Тремя годами раньше, в 1878 году, ушел из жизни Поленов-отец. Старший брат Елены Поленовой, Василий Дмитриевич Поленов, уже знаменитый художник, автор картин Московский дворик и Бабушкин сад, окончательно поселился в Москве и предложил матери вместе с младшей сестрой перебраться к нему.