Quando da Trieste arrivò a Firenze, Elsa Merlini parlava uno strano italiano contaminato da slavo e tedesco, per cui dovette frequentare una scuola di dizione per affinare la pronuncia. Già all'inizio della sua carriera assunse lo pseudonimo di Merlini, per via del cognome paterno pressoché impronunziabile, Tscheliesnig, che con ogni probabilità ne avrebbe precluso o almeno limitato la "visibilità" pubblica. Esordì in teatro a diciassette anni con Annibale Ninchi, passando poi con De Sanctis, Baghetti, Falconi, e sostituendo Vera Vergani nella compagnia Niccodemi (1930). A fianco di Sergio Tofano e Luigi Cimara si affermò come la più irresistibile interprete del genere comico-brillante-sentimentale (Achard, Amiel, Shaw, De Benedetti, Connors). Nel 1934 si unì con Renato Cialente, uno degli attori più interessanti e moderni della sua generazione, col quale rimase molti anni affrontando anche testi impegnativi (Cechov, Pirandello, Rosso di San Secondo). Memorabile fu la battaglia per portare al trionfo La piccola città (1940) di Thornton Wilder, diretta da Fulchignoni. Il suo brio recitativo, talvolta esuberante ma sempre personalissimo, non poteva non interessare anche il cinema dell'epoca, specie quello detto poi dei "telefoni bianchi", un cinema anemico e provinciale in cui ella riuscì ad immettere - in una nutrita serie di film iniziata nel 1931 con La segretaria privata e proseguita oltre la metà degli anni '50 - un suo particolare e corposo personaggio di ragazza piccolo-borghese, tenera ed affettuosa ma anche fiera e testarda, rappresentandovi un fatto di costume di notevole rilievo. In seguito non disdegnò le tavole della rivista ( Ma cos'è questo amore con De Sica-Melnati e Gran Baldoria con Enrico Viarisio), per dedicarsi più avanti al repertorio goldoniano (fu donna Felicita ne I rusteghi diretto da Simoni e poi in compagnia con Cesco Baseggio). Nei primi anni '50 tornò al giovanile repertorio patetico-brillante (Bataille, Barillet-Grédy, Sardou, Anouilh, Shaw) o dichiaratamente comico (Feydeau), senza trascurare Luigi Pirandello ( La signora Morli uno e due) e lasciarsi tentare dalla novità ( Il mago della pioggia di Nash). Verso la fine degli anni '50 approdò in televisione dove prese parte a numerosi sceneggiati. Tra le sue interpretazioni televisive si possono ricordare la bonaria e futile signora Bennet in Orgoglio e pregiudizio (1957), la moglie del procuratore ne Le anime morte (1963), e il personaggio di Perpetua ne I promessi sposi (1967). Nel 1968 si calò nelle vesti di conduttrice della rubrica radiofonica La maga Merlini. Da ricordare infine l'interpretazione di Maria nella Passione (1978), tratta da testi del '600, e quella dell'esile e focosa regina Margherita nel Riccardo III (1980) di William Shakespeare. Alla vigilia degli ottant'anni, la sua ultima interpretazione teatrale fu quella dell'arzilla vecchietta anticonformista e spregiudicata in Mela di Dacia Maraini. Recitò fino all'ultimo. Si spense a causa di un male incurabile.