Née à Québec le 24 octobre 1977, Marie-Hélène Prémont a découvert le vélo de montagne à 17 ans, grâce à son copain qui participait à des épreuves provinciales. Elle s'investit dans une discipline qui s'apprêtait à être ajoutée au programme olympique pour les Jeux d'Atlanta en 1996.

Elle enfila les succès lors de ses premières compétitions de niveau junior et ajouta une médaille d'argent aux Jeux du Canada de 1997 disputés à Brandon.

Sur la scène canadienne, elle s'est imposée comme la reine de vélo de montagne cross-country entre 2003 et 2008, alors qu'elle est couronnée pendant six années consécutives. À ce palmarès, elle fut aussi vice-championne nationale à quatre occasions (2002, 2009, 2010 et 2011).

À l'international, Marie-Hélène Prémont s'est distinguée avec de nombreux succès sur une période de plus d'une décennie. Elle fut championne panaméricaine en 2000 et 2001. Mais c’est surtout sur le circuit de la Coupe du monde qu'elle va laisser sa marque avec 28 podiums : 6 victoires, 14 deuxièmes places et 8 troisièmes positions. En 2005, elle terminait au troisième rang du classement cumulatif, alors qu'en 2004, 2006 et 2007, Prémont prenait le deuxième rang du classement général.

La campagne 2008 sera sa meilleure sur le circuit de la Coupe du monde. Cette saison-là, elle réussit l'exploit de remporter une médaille dans chacune des épreuves auxquelles elle prit part (2 d'or, 3 d'argent et 3 de bronze), ce qui lui valut, bien entendu, le championnat.

Marie-Hélène Prémont compte deux participations aux Jeux olympiques. À Athènes en 2004, elle marquait l’histoire en remportant la médaille d’argent. Quatre ans plus tard à Beijing, elle fut contrainte à l'abandon souffrant d’hyperventilation.

Aux championnats du monde de vélo de montagne cross-country, elle compte huit résultats dans le top-10, dont une médaille de bronze à Rotorua, en Nouvelle-Zélande en 2006. Elle remporte également une médaille d'or aux Jeux du Commonwealth de Melbourne en 2006.

Intronisée au Temple de la renommée du cyclisme canadien en 2016 et au Temple de la renommée du cyclisme québécois en 2019, elle fut nommée cycliste de l'année au Canada en 2003 et 2005. La véloroute de 55 km entre la chute Montmorency et le mont Sainte-Anne porte son nom.