Henrietta överlämnades vid sin födsel till en guvernant, Lady Dalkeith, grevinna av Morton, medan hennes mor strax efter reste till Frankrike undan det engelska inbördeskriget. År 1646 vägrade lady Morton att överlämna Henrietta till parlamentets vård och flydde i stället med henne till det franska hovet utklädd till man. Henrietta växte upp med sin mor i en våning i Louvren, men som medlemmar av en avsatt kungafamilj ansågs de inte intressanta och umgicks inte vid hovet; de fick tidvis så lite pengar att modern fick sälja sina smycken och inte kunde köpa kläder, men Henrietta tycks ha fått en god utbildning. Ett tecken på att hon inte umgicks vid det franska hovet, även om hon hade bott i ett av dess palats, var att varken den franske kungen eller hans bror tycks ha vetat hur hon såg ut förrän vid hennes bröllop, och då blev glatt överraskade över hur vacker hon var.
Då hon var 17 år gammal, 1661, gifte hon sig med kusinen Filip I, hertig av Orléans, son till hennes morbror Ludvig XIII av Frankrike och ende bror till Ludvig XIV av Frankrike. Äktenskapet hade arrangerats av Ludvig XIV och hans mor Anna av Österrike direkt efter att monarkin hade återinförts i England och hennes bror bestigit tronen, vilket i ett slag gav henne politiskt betydelse; det har sagts att detta var det första självständiga politiska beslut av vikt som kungen tog, efter att han fram till kardinal Mazarins död samma år överlämnat politiken åt denne. Det ansågs också angeläget att snabbt gifta bort Filip, som var homosexuell, och Henrietta utgjorde då i egenskap av prinsessa ett snabbt alternativ till att arrangera ett rangmässigt acceptabelt parti. Henrietta och Filip inledde aldrig något förhållande med varandra, och Filip föredrog män, särskilt Chevalier de Lorraine, men han accepterade att ha samlag med henne regelbundet för reproduktionens skull.
Ludvig XIV stod sin svägerska mycket nära, och han troddes även vara far till hennes döttrar. Både Louise de la Vallière och Madame de Montespan var ursprungligen hovdamer hos Henrietta, och hon uppmuntrade 1661 förhållandet mellan kungen och Louise de la Vallière för att tysta ryktena kring henne själv och Ludvig.[8] Ludvig sörjde mer vid hennes död än vad Filip gjorde, vilket även det bidrog till de ryktena. Det har aldrig bekräftats att Henrietta och Ludvig hade ett förhållande, men hon var huvudperson vid många av hans fester och hennes man var svartsjuk på det inflytande hon utövade på hans bror.
Henrietta är främst känd genom sin brevväxling med sin bror Karl II av England, som hon stod mycket nära. Tillsammans med brodern hjälpte hon till med förhandlingarna kring det hemliga Doverfördraget 1670, som var en offensiv och defensiv militärallians mellan England och Frankrike. Hon avled på palatset i Saint-Cloud, nära Paris, den 30 juni, 1670, bara två veckor efter att fördraget skrivits under.
Då hon dog trodde många att hon hade blivit förgiftad av vänner till hennes makes svartsjuke älskare och landsförvisade gunstling Chevalier de Lorraine. Obduktionen visade dock att Henrietta Anna hade avlidit av bukhinneinflammation orsakad av ett magsår.[9] Fortfarande kvarstod dock oklarheter. En bukinflammation skulle ha förorsakat smärta en lång tid innan, men Henrietta var omvittnat frisk ända fram till den dag hon plötsligt dog. Misstankarna om mord kvarstod och har aldrig kunnat bevisas.