Infanta María Isabel Francisca de Asís tám tuổi cùng gia đình. Từ trái sang phải: Bà Hầu tước xứ Malpica với Alfonso, Thân vương xứ Asturias ngồi trên đùi của Bà Hầu tước; Phối vương Francisco de Asís, Nữ vương Isabel II của Tây Ban Nha và nhũ mẫu đang bế Infanta María de la Concepción và Infanta María Isabel Francisca de Asís năm 1860.

María Isabel Francisca de Asís được sinh ra tại Cung điện Vương thất Madrid vào ngày 20 tháng 12 năm 1851, là con gái lớn còn sống của Isabel II của Tây Ban Nha và Francisco de Asís của Tây Ban Nha. Sự ra đời của Vương nữ vô cùng được mong đợi vì trước đó Isabel II đã sinh ra một cậu con trai đã qua đời chỉ trong vòng vài giờ. Trong thời đại hỗn loạn của các cuộc nổi dậy của phái Carlist và cũng như các cuộc nội chiến lẻ tẻ, Vương nữ Isabel ngay lập tức được công nhận là người thừa kế ngai vàng và được phong làm Thân vương xứ Asturias.[1]

Vương nữ được rửa tội một ngày sau khi sinh và được đặt tên là María Isabel Francisca de Asís.[1] Cuộc hôn nhân của cha mẹ Vương nữ không được hạnh phúc. Ở tuổi mười sáu, Nữ vương Isabel II đã bị buộc phải kết hôn với Francisco de Asís của Tây Ban Nha, người em họ của mình [lower-alpha 1]. Nữ vương Isabel II không bao giờ mất đi ác cảm đối với chồng và tìm niềm vui cho bản thân bằng những mối quan hệ tình ái với tình nhân của mình. Nhiều nhà sử học và nhà viết tiểu sử cho rằng người cha ruột của Infanta Isabel là José Ruiz de Arana y Saavedra (1826–1891), một sĩ quan quân đội và quý tộc trẻ người Tây Ban Nha. Ruiz de Arana được nữ vương biết đến từ giới bên trong cung điện.[2] Mối quan hệ giữa Nữ vương Isabel II và José Ruiz de Arana kéo dài từ năm 1851 đến năm 1856. Với một chút miễn cưỡng, Phối vương Francisco de Asís đã công nhận Isabel là con gái của mình, tương tự với tất cả những đứa con mà Nữ vương Isabel II sinh ra trong cuộc hôn nhân của hai người.[3]

Vào ngày 2 tháng 2 năm 1852, khi Isabel II thực hiện chuyến thăm truyền thống tới Vương cung thánh đường Vương thất Đức Mẹ Atocha, đang khi giới thiệu con gái với công chúng thì Nữ vương bị một linh mục điên đâm.[4] Nữ vương đã được cứu nhờ độ dày của áo nịt ngực, do đó vết thương không nguy hiểm đến tính mạng.[4] Khi lớn lên, María Isabel bắt đầu xuất hiện trước công chúng cùng với bố mẹ của mình. Vương nữ được nhiều người biết đến với biệt danh trìu mến La Chata - ám chỉ đầu mũi tròn của Vương nữ. Trong sáu năm đầu đời, Isabel chính là người con một của gia đình, sau đó với sự ra đời của Alfonso, Pilar, Paz, Eulalia đã hoàn chỉnh gia đình của nữ vương Isabel II. Isabel mất danh hiệu Công chúa của Asturias khi anh trai cô chào đời vào Ngày 28 tháng 11 năm 1857, khi em trai Alfonso chào đời, Isabel mất đi tước hiệu Thân vương xứ Asturias và thay vào đó chỉ còn là một infanta [lower-alpha 2].

María Isabel Francisca de Asís được nuôi dưỡng tách biệt với những em của mình. Mối quan hệ giữa Phối vương Francisco với các con rất xa cách và mang tính hình thức. Phần Isabel II thì lại có những mối bận tâm đến triều đại đầy sóng gió cũng như cuộc sống riêng tư của bản thân, hết mực yêu thương con cái nhưng cũng có lúc xa cách với các con, một điều thường thấy ở thời bấy giờ. Vương nữ nhận được một nền giáo dục tốt hơn nhiều so với mẹ và là người duy nhất trong số các con của nữ vương được nuôi dưỡng dưới thời trị vì của mẹ. María Isabel được chú trọng về ngôn ngữ và nàng Vương nữ trẻ rất quan tâm đến âm nhạc và cưỡi ngựa.