เมื่อทรงมีพระชนมายุ 15 พรรษาการสมรสที่ดีมากมายเปิดทางให้แก่ลียูโนร์ พระองค์เป็นคู่สมรสที่ดีพอสำหรับผู้ปกครองผู้ทรงอำนาจในยุโรป พระองค์เกือบได้สมรสกับหลุยส์ โดแฟ็งแห่งฝรั่งเศส แต่การตกลงล้มเหลว สุดท้ายพระองค์ได้สมรสกับพระเจ้าฟรีดริชที่ 3 แห่งเยอรมนีจากราชวงศ์ฮาพส์บวร์ค ว่าที่จักรพรรดิแห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ โดยได้มีการตกลงไว้ว่าจะให้เงิน 60,000 เหรียญทองฟลอรินเป็นสินเดิมติดตัว การสมรสผ่านตัวแทนเกิดขึ้นในวันที่ 9 สิงหาคม ค.ศ. 1451 ที่กรุงลิสบอน เดือนตุลาคมลียูโนร์ออกเดินทางทางทะเลไปอิตาลีเพื่อพบพระสวามี ระหว่างเดินทางเรือของพระองค์สิบลำถูกโจรสลัดโจมตี แต่ลียูโนร์สามารถไปถึงอิตาลีได้ในวันที่ 2 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1452 พระเจ้าฟรีดริชที่ 3 กับข้าราชสำนักของพระองค์ได้มาพบพระมเหสีเป็นครั้งแรกที่ซีเอนา ว่ากันว่าพระองค์หน้าซีดขาวเมื่อได้เห็นพระมเหสีอันเนื่องจากความประหม่าหรือไม่พระองค์ก็อาจกังวลว่าอิงฟังตาผู้มีรูปร่างบอบบางอาจคลอดพระโอรสธิดาให้พระองค์ไม่ได้

ไม่กี่อาทิตย์ต่อมาทั้งคณะได้เดินทางไปยังโรม สมเด็จพระสันตะปาปานิโคลัสที่ 5 ได้ประกอบพิธีสมรสอย่างเป็นทางการให้ทั้งคู่ในวันที่ 15 มีนาคม ค.ศ. 1452 และได้ทำพิธีราชาภิเษกให้แก่จักรพรรดิและจักรพรรดินีในอีกสี่วันต่อมาในวันที่ 19 มีนาคม ที่มหาวิหารนักบุญเปโตร โดยจักรพรรดิฟรีดริชเป็นจักรพรรดิแห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์คนสุดท้ายที่ได้รับการสวมมงกุฎในโรมตามธรรมเนียมที่ปฏิบัติกันมาตั้งแต่สมัยจักรพรรดิชาร์เลอมาญ สินเดิมของลียูโนร์ถูกนำไปใช้บรรเทาปัญหาด้านการเงินของพระสวามีและช่วยเพิ่มอำนาจให้แก่พระนาง

เมื่อกลับไปยังราชสำนักของจักรพรรดิฟรีดริชในกรุงเวียนนา ลียูโนร์ได้พบว่าดินแดนดังกล่าวช่างขาดสีสันและโดดเดี่ยวเมื่อเทียบกับโปรตุเกสที่กำลังอยู่ในช่วงรุ่งเรือง ทั้งคู่มีชีวิตสมรสที่ไม่ค่อยชื่นมื่น พระสวามีเป็นคนเงียบขรึม ไว้ตัว และตระหนี่จนเกินควร ทั้งคู่มีรสนิยมที่แตกต่างกันอย่างมาก ลียูโนร์โปรดปรานการเต้นรำ การเล่นเกม และการล่าสัตว์ ซึ่งล้วนแต่ไม่ใช่สิ่งที่จักรพรรดิฟรีดริชโปรดปรานเลย แต่กระนั้นทั้งคู่ก็มีพระโอรสธิดาด้วยกัน 5 คน คือ

• อาร์ชดยุคคริสท็อฟ (ประสูติ ค.ศ. 1455) สิ้นพระชนม์ในวัยเด็ก
• มัคซีมีลีอาน (ประสูติ ค.ศ. 1459) สืบทอดตำแหน่งต่อจากพระบิดา
• อาร์ชดัชเชสเฮเลนา (ประสูติ ค.ศ. 1460) สิ้นพระชนม์ในวัยเด็ก
• คูนีกุนเดอ (ประสูติ ค.ศ. 1465/1466) สมรสกับอัลแบร์ทที่ 4 ดยุคแห่งบาวาเรีย
• อาร์ชดยุคจอห์น (ประสูติ ค.ศ 1466) สิ้นพระชนม์ในวัยเด็ก

มีพระราชบุตรเพียงสองคนที่มีชีวิตอยู่จนถึงวัยผู้ใหญ่ คือ มัคซีมีลีอานและคูนีกุนเดอ ว่ากันว่าจักรพรรดิฟรีดริชโทษว่าเหตุผลที่ทำให้พระโอรสธิดาหลายคนสิ้นพระชนม์เป็นเพราะลียูโนร์ให้พระโอรสธิดาเสวยอาหารแบบโปรตุเกส พระองค์จึงทำหน้าที่เป็นผู้เลี้ยงดูพระโอรสธิดาอีกสองคนที่เหลือด้วยตนเอง ทว่าทุกบันทึกต่างกล่าวตรงกันว่ามัคซีมีลีอานรักพระมารดาเป็นอย่างมากมาตั้งแต่เด็ก พระองค์ได้รับความอบอุ่นจากพระมารดาซึ่งพระบิดาไม่เคยมีให้

ลียูโนร์สิ้นพระชนม์ในวันที่ 3 กันยายน ค.ศ. 1467 ด้วยวัย 32 พรรษาจากภาวะแทรกซ้อนจากการคลอดบุตร ร่างของพระองค์ถูกฝังที่อารามคณะซิสเตอร์เชียนในน็อยชตัท นอกกรุงเวียนนา