Fille de Henri II et Charlotte de Montmorency. Elle naquit dans la prison du Château de Vincennes le 28 aout 1619 où ses parents avaient été placés pour leur opposition au maréchal d’Ancre, le favori de Marie de Médicis régente pendant la minorité de Louis XIII. Elle fut éduquée avec sévérité au couvent des Carmélites, rue Saint-Jacques à Paris où elle se passionna pour les pièces de Corneille. Ses premières années furent assombries par l’exécution en 1632 d’Henri II, duc de Montmorency, le seul frère de sa mère, pour intrigue contre Richelieu, et du cousin de sa mère le comte François de Montmorency-Bouteville pour s’être battu en duel en 1627, mais ses parents firent la paix avec Richelieu et, ayant été introduite dans la société en 1635, elle devint bientôt l’une des vedettes des salons qui faisaient la vie culturelle.
En 1642 elle épouse Henri II d’Orléans, duc de Longueville qui fut gouverneur de Normandie pendant 40 ans. Après la mort de Richelieu, son père devint le chef du conseil de la régence pendant la minorité de Louis XIV, son frère Louis remporta la bataille de Rocroi en 1643, et la duchesse devint politiquement importante. En 1646, elle accompagna son mari à Munster, où il avait été envoyé par Mazarin comme chef de mission, et où elle charma les diplomates allemands qui préparaient le traité de Westphalie. À son retour, elle devint amoureuse du duc de La Rochefoucauld, l’auteur des Maximes, qui utilisa cette passion pour obtenir de l’influence sur son frère.
Elle fut l’une des héroïnes de la Fronde. Férue de conspirations et d’intrigues, elle entraîne son mari dans le parti hostile à Mazarin. A la suite de l’arrestation de son mari et de ses frères, elle dut se réfugier à Chantilly mais se garda de le faire et se cacha dans une petite maison du Faubourg St Germain. Quelques fidèles des princes vinrent la rejoindre et toute la petite clique s’en vint pour la Normandie. Si certaines villes leur refusèrent l’hospitalité c’est finalement de Dieppe que vint le secours. Mais c’était sans compter avec la réaction du Roi et de la Régente. Assiégée dans la ville, elle ne vit son salut que dans la fuite. Un navire devait l’emmener en Angleterre.
La tempête l’empêche de monter à bord et c’est au couvent de Pourville qu’elle trouve refuge. Déguisée et avec l’appui des nobliaux locaux elle finit par embarquer sur un navire anglais à destination de la Hollande en prétendant être un chevalier poursuivit pour faits de duels. A Rotterdam, elle reprit l’allure de princesse qu’elle avait mis de côté pendant les 15 jours que dura son expédition. Rejointe par Turenne c’est de Stenay qu’elle dirigea l’offensive contre Mazarin.
Parvenue à Stenay, elle décide Turenne à s’allier aux Espagnols contre la France. Après avoir intrigué à Paris, elle s’enferme avec Conti, Nemours et Marsillac dans Bordeaux assiégé par le duc de Vendôme. Terminant sa vie agitée chez les carmélites du faubourg Saint-Jacques, elle se consacre à la prière et à la mortification.