Como neta de um monarca francês, ela era uma Neta da França ("Petite-fille de France") e tinha direito ao estilo de Sua Alteza Real, embora, como era habitual na corte francesa, seu título "Mademoiselle d'Orleães", fosse usado com mais frequência.
Rainha da Espanha
Tem sido dito que ela queria se casar com seu primo Luís, Delfim da França, no entanto, as cartas sobreviventes de sua madrasta sugerem que Maria Luísa e o Delfim nunca se apaixonaram. Seu casamento com Carlos II foi visto como uma maneira de induzir melhores relações entre a França e a Espanha; As relações entre duas nações estavam em péssimas condições em consequência da Guerra Franco-Holandesa.
Assustada com a ideia deste casamento, ela lançou-se aos pés de Luís XIV pedindo para que ele renunciasse a este projeto: rindo, o Rei diz-lhe que não é digno que a rainha da Espanha ajoelhe-se aos pés do rei da França.
O casamento por procuração ocorreu no Palácio de Fontainebleau em 30 de agosto de 1679, tendo seu marido sido representado por um primo distante de Mademoiselle d'Orleães, Luís Armando I, Príncipe de Conti. Até meados de setembro, houve uma série de eventos formais em homenagem à nova rainha da Espanha. Maria Luísa foi ao Convento de Val-de-Grâce, antes de partir, onde o coração de sua mãe estava guardado. Ela nunca voltaria para a França.
Em 19 de novembro de 1679, Maria Luísa casou-se com Carlos pessoalmente em Quintanapalla, perto de Burgos, Espanha. Este foi o começo de uma existência solitária na corte espanhola. Seu novo marido se apaixonou por ela e permaneceu assim até o fim de sua vida. No entanto, a etiqueta restritiva da corte espanhola (por exemplo, tocar a rainha era proibida), as enfermidades mentais e físicas do rei e suas tentativas malsucedidas de ter um filho causaram seu sofrimento.
Embora tenha sido apreciada pela sua beleza, depois do seu casamento ela entrou em depressão e obesidade. Sofreu a hostilidade da Corte que manipulou o rei e o jogou contra sua esposa, mesmo assim ela ficou grávida mas não efetua a sua gravidez a tempo. Morreu com apenas 26 anos. Carlos II e Maria Luísa não tiveram filhos, e seu marido também não teve filhos com sua segunda esposa, Maria Ana de Neuburgo.
Morte
A morte de Maria Luísa deixou seu marido de coração partido. Havia rumores de que ela fora envenenada pela notória cortesã Olímpia Mancini, condessa de Soissons, a mando de sua sogra, a rainha-viúva Maria Ana da Áustria, por causa da falta de filhos de Maria Luísa.
Maria Ana e Maria Luísa, no entanto, não eram conhecidas por estarem afastadas e a rainha-viúva parecia devastada com a morte da jovem rainha. Parece provável que a verdadeira causa da morte de Maria Luísa tenha sido apendicite.
Ancestrais
Ancestrais de Maria Luísa de Orleães, rainha de Espanha