Vương nữ sinh ngày 12 tháng 2 năm 1864 tại Cung điện Vương thất Madrid, là người con út trong số năm người con của Isabel II của Tây Ban Nha và Francisco de Asís của Tây Ban Nha sống đến tuổi trưởng thành. Infanta được rửa tội vào ngày 14 tháng 2 năm 1864 và được đặt tên là María Eulalia Francisca de Asís Margarita Roberta Isabel Francisca de Paula Cristina María de la Piedad. Cha mẹ đỡ đầu của María Eulalia là Roberto I xứ Parma và chị gái Margherita của Parma. [1]

Năm 1868, María Eulalia và gia đình buộc phải rời Tây Ban Nha sau cuộc cách mạng. Gia đình Vương nữ sống ở Paris và María Eulalia được giáo dục tại đây. Vương nữ được rước lễ lần đầu tại Roma bởi Giáo hoàng Piô IX.

Năm 1874, anh trai của María Eulalia là Alfonso được tôn là Quốc vương thay cho mẹ của họ là Nữ vương Isabel II. Ba năm sau, María Eulalia trở lại Tây Ban Nha. Ban đầu Infanta Eulalia sống ở El Escorial với mẹ, nhưng sau đó chuyển đến Alcázar của Sevilla và sau đó là Madrid.