Bà là con gái út của vua Lê Hiển Tông, mẹ là Chiêu nghi Nguyễn Thị Điều, sinh ngày 12 tháng 12 năm Cảnh Hưng 45 (tức ngày 22 tháng 1 năm 1785) tại Thăng Long.

Bà là em gái cùng cha khác mẹ của công chúa Lê Ngọc Hân, còn bà Chiêu nghi Nguyễn Thị Điều là người cùng làng với bà Chiêu nghi Nguyễn Thị Huyền, mẹ của Lê Ngọc Hân[3][3].

Năm Cảnh Thịnh thứ 3 (1795), sau khi quyền thần Bùi Đắc Tuyên bị dẹp, Bắc cung Hoàng hậu Lê Ngọc Hân tiến cử Ngọc Bình cho Cảnh Thịnh Đế Nguyễn Quang Toản. Công chúa Ngọc Bình trở thành hậu cung của Cảnh Thịnh Đế, tuy nhiên theo Quốc sử di biên, có lẽ bà chỉ là phi tần chứ chưa phải là Hoàng hậu như nhiều thông tin, nhưng điều này còn tồn nghi.