Fille naturelle du roi Henri IV et de Charlotte des Essarts, elle naît le . Trois mois après, elle est légitimée. Cette filiation et sa parenté avec son demi-frère le roi Louis XIII marquent sa vie et modèlent son attitude.
À dix ans, elle entre à l'abbaye de Chelles pour y recevoir une éducation religieuse et une formation spirituelle dispensée par saint François de Sales. Sa sœur jumelle Marie-Henriette deviendra abbesse de Chelles.
Abbesse de Fontevraud
Louise de Bourbon-Lavedan, abbesse de Fontevraud, la nomme coadjutrice mais elle ne prend officiellement sa fonction qu'en 1637, à dix-huit ans, à la mort de l'abbesse en titre.
Elle reçoit sa propre bénédiction abbatiale en 1639.