Mazarin négocie le traité des Pyrénées signé le 7 novembre 1659. S’il a accepté que la France restreigne ses prétentions territoriales à quelques places fortes en Flandre et en Lorraine, à l’Artois et au Roussillon, c’est pour réussir le mariage de l’infante Marie-Thérèse, fille de Philippe IV d’Espagne et d’Élisabeth de France, avec Louis XIV, roi de France. Dans le cadre du traité, elle renonce à ses droits sur l’Espagne contre la somme de 500 000 écus d’or. Cette dot est si énorme que l’Espagne ne pourra la payer. Elle perdit sa mère en 1644 à 6 ans. De tous ses frères et sœurs ne survivait que l’infant Baltasar Carlos, héritier du trône qui mourut 2 ans plus tard âgé de 17 ans. À 8 ans, elle était le seul enfant survivant de Philippe IV et l’héritière des immenses possessions espagnoles sur lesquelles "le soleil ne se couchait jamais".
Son éducation a été étroite, rigide, et profondément catholique. Depuis son plus jeune âge, il était question qu’elle épouse, pour des raisons dynastiques son cousin, chef de la branche autrichienne et impériale des Habsbourg, d’abord l’archiduc Ferdinand qui mourut en 1654 puis le frère de celui-ci qui devint l’empereur Léopold 1er en 1658.
Marie-Thérèse vécut cependant dans l’intime conviction qu’elle épouserait le roi de France Louis XIV, son cousin doublement germain mais ennemi de sa maison. Velasquez envoya d’elle à la cour de France une caricature, qui ne réussit pas à dissuader Louis de l’épouser. Toutefois à la cour de France on voulait savoir si elle était au moins blonde. Une mèche de ses cheveux blonds fut envoyée. La France et l’Espagne étaient d’ailleurs encore une fois en guerre depuis 1635. Plus tard, après son mariage, on demanda un jour à Marie-Thérèse si elle avait éprouvé quelque penchant de jeune fille lorsqu’elle était encore en Espagne. « Mais non bien sûr, répondit-elle avec candeur, il n’y avait qu’un seul roi et c’était mon père ! ». À son mariage, elle ne parlait toutefois pas un mot de français mais elle apportait le chocolat et la première orange.
Elle épousa le 10 janvier 1660, en l’église Saint-Jean Baptiste de Saint-Jean-de-Luz, conformément au traité des Pyrénées, Louis XIV. Œuvre du cardinal de Mazarin, premier ministre français, ce mariage n’était pour le roi que raison d’État. Il avait jusqu’au dernier moment espéré épouser la nièce du cardinal Marie Mancini, mais le ministre et la reine mère, Anne d’Autriche, s’opposèrent à cette mésalliance. Cependant Marie-Thérèse était certaine que son futur époux était épris d’elle, à la manière de son grand-père Henri IV, Louis XIV avait fait porter à sa future épouse de nombreuses lettres et cadeaux avant leur mariage.
À son arrivée au Louvre, sa belle-mère et tante Anne d’Autriche la prit sous sa protection. Elle tenta de lui enseigner le métier de reine, mais Marie-Thérèse ne se montra jamais réellement à la hauteur. La princesse n’était pas une femme du monde. Même si elle finit par atteindre une bonne maîtrise du français, elle n’avait pas les capacités requises, et les représentations publiques ne furent pour elle que des occasions où elle laissait paraître sa gaucherie. Anne d’Autriche ne vit plus en sa nièce que la femme devant lui donner des petits-enfants.
Louis XIV délaissa bien vite son épouse pour ses nombreuses favorites. Il restait cependant un époux très consciencieux, et Marie-Thérèse mit ainsi au monde six enfants
Marie-Thérèse resta toute sa vie très pieuse. Elle invitait les "courtisanes" de son mari à venir faire des prières avec elle. Marie-Thérèse finit par se replier sur elle-même, vivant au sein d’une petite cour, isolée au milieu de la Cour, recréant l’atmosphère de Madrid, entourée "de ses femmes de chambre espagnoles, de moines et de nains", mangeant de l’ail et buvant du chocolat, chaussant des talons très hauts qui la faisaient souvent tomber. Pour faire venir à Versailles un confident, elle joua au jeu avec lui et perdit beaucoup d’argent. Le roi fut obligé d’intervenir. D’une dévotion toujours plus intense, l’essentiel de son activité concerne les soins aux malades, aux pauvres et aux déshérités. Elle fréquente l’hôpital de St Germain en Laye, assurant les soins les plus pénibles.
En 1665, son père meurt, laissant le trône à un fils souffreteux âgé de 4 ans issu d’un second lit. Louis XIV en profite pour demander une part d’héritage ce sera la guerre de Dévolution.
En 1666, la mort lui enlève le seul soutien qu’elle avait à la cour, sa belle-mère et tante, la reine mère Anne d’Autriche.
En 1680, le roi marie le Dauphin à Marie Anne Christine de Bavière sans la consulter, car le grand Dauphin était épris d’une autre femme. Elle est bientôt grand-mère d’un petit duc de Bourgogne.
À partir de l’été 1680, sous l’influence de Madame de Maintenon, Louis XIV se rapprocha de son épouse, qu’il avait publiquement délaissée.
Mais Marie-Thérèse ne profita guère de ce regain de faveur. Elle mourut brusquement, le 30 juillet 1683, à Versailles, des suites d’une tumeur bénigne sous le bras gauche mais mal soignée.