ในปี ค.ศ. 1170 เอเลนอร์อภิเษกสมรสกับพระเจ้าอัลฟอนโซที่ 8 แห่งกัสติยาในบูร์โกส[4] พระบิดามารดาของพระองค์จัดแจงการแต่งงานครั้งนี้ขึ้นมาเพื่อรักษาความปลอดภัยให้กับพรมแดนเทือกเขาพิรินีของอากีแตน ขณะที่พระเจ้าอัลฟอนโซกำลังมองหาพันธมิตรมาช่วยต่อสู้กับพระเจ้าซันโชที่ 6 แห่งนาวาร์ ในปี ค.ศ. 1177 ทำให้พระเจ้าเฮนรีได้เข้ามากำกับดูแลการชี้ขาดเรื่องความขัดแย้งด้านพรมแดน[7]

การแต่งงานของเอเลนอร์กับอัลฟอนโซให้กำเนิดพระโอรสธิดามากมาย พระโอรสหลายพระองค์ที่ถูกคาดหวังให้เป็นรัชทายาทของพระบิดาสิ้นพระชนม์ในวัยเด็ก พระโอรสคนสุดท้อง เอนริเก มีชีวิตอยู่จนได้สืบทอดตำแหน่งของพระบิดา

อัลฟอนโซอ้างสิทธิ์ในกัสกอญที่เป็นส่วนหนึ่งในสินสอดของเอเลนอร์ ทรงรุกรานดัชชีในนามของพระมเหสีในปี ค.ศ. 1205 และล้มเลิกการอ้างสิทธิ์ไปในปี ค.ศ. 1208

เอเลนอร์ใช้อำนาจที่พระองค์มี และยังเป็นผู้อุปถัมภ์สถานที่และสถาบันทางศาสนาหลายแห่ง รวมถึงซานตามาริอาลาเรอัลเดลัสอูเอลกัสที่ครอบครัวของพระองค์หลายคนเป็นแม่ชีที่นี่

พระองค์สนับสนุนนักขับลำนำทรูบาดูร์ให้เข้ามาในราชสำนัก ทรงช่วยจัดแจงให้เบเรงเกลา พระธิดา อภิเษกสมรสกับกษัตริย์แห่งเลออน

อูร์รากา พระธิดาอีกพระองค์ ทรงถูกจับแต่งงานกับอนาคตกษัตริย์แห่งโปรตุเกส พระเจ้าอาฟงซูที่ 2, บลังกา พระธิดาคนที่สาม ทรงถูกจับแต่งงานกับพระเจ้าหลุยส์ที่ 8 แห่งฝรั่งเศส, เลโอนอร์ พระธิดาคนที่สี่ แต่งงานกับกษัตริย์แห่งอารากอน (แม้ต่อมาศาสนจักรจะล้มเลิกการแต่งงาน) พระธิดาคนอื่น ๆ อย่างมาฟัลดาแต่งงานกับพระโอรสเลี้ยงของเบเรงเกลา (พระเชษฐภคินี) ส่วนกอนส์ตันซากลายเป็นพระอธิการิณี

พระสวามีของพระองค์แต่งตั้งให้พระองค์เป็นผู้ปกครองคู่กับพระโอรสหลังพระองค์สิ้นพระชนม์ ทั้งยังแต่งตั้งให้พระองค์ทรวเป็นผู้จัดการมรดก