Elizaveta Karamichailova nace en Viena (Austria) el 3 de septiembre de 1897. Creció en un ambiente artístico y científico. Su padre era médico y madre, músico. Se graduó en el Instituto de Mujeres de Sofía en 1917 y continuó sus estudios en la Universidad de Viena. En 1922 se doctoró en Física y Matemáticas y siguió después su trabajo en el Instituto para Estudios de Radio, interesándose por la radioluminiscencia y realizando estudios sobre la transmutación de elementos ligeros bajo radiación alfa.
Asistió a cursos de ingeniería electrónica y radioeléctrica en el Politécnico de Viena. En 1933, el contrato como “asistente de investigación” que ocupaba en Viena rescindió y tuvo que continuar su investigación sin financiación hasta 1935, cuando obtuvo una beca de investigación, para tres años, Alfred Yarrow del Girton College en Cambridge (Inglaterra). Posteriormente, fue contratada en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.
Regresó a Bulgaria en 1939, y estudió la contaminación radiactiva de las regiones mineras de uranio y la radiactividad debida a los ensayos nucleares. Sin embargo, la Segunda Guerra Mundial frenó la expansión de sus actividades de investigación nuclear, pero siguió anotando su trabajo en sus cuadernos personales, que servirían como base para estudios futuros.
Su perseverancia y pasión por el conocimiento le lleva a la investigación en el Instituto para Estudios del Radio (Viena), en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, en la Universidad de Sofía y en la Academia de Ciencias de Bulgaria. Los años 30 fueron especialmente prolíficos: estudió la radioluminiscencia, transmutación de elementos, el polonio, neutrones, radiación cósmica y la radiactividad.
Colaboró con Marietta Blau en el estudio del polonio. Observaron un tipo específico de radiación previamente desconocida, emitida por el polonio que más tarde sería confirmada por James Chadwick como radiación de neutrones, lo que le llevó a descubrir éstos. Karamichailova investigó métodos para el bombardeo de neutrones en torio e intentó continuar el estudio de la ionización múltiple, pero resultó imposible sin el sofisticado equipo al que tuvo acceso durante su estancia en Inglaterra. Cuando comenzó su trabajo en Sofía en 1940, sólo tenía un microscopio y un cuarto oscuro.
Después del levantamiento de la izquierda en 1944, las nuevas autoridades de la izquierda búlgara calificaron a Karamichailova de "poco fiable" debido a sus puntos de vista anticomunistas y le prohibieron salir del país. Continuó su trabajo en el campo de la radiactividad en Bulgaria, inicialmente en la Universidad de Sofía y más tarde en la Academia de Ciencias de Bulgaria, donde obtuvo el título de catedrática.
Muere de cáncer en 1968, muy probablemente por la exposición a la radiación a largo plazo.
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