Генриетта родилась в городе Эксетер в Англии 16 июня 1644 года в разгар гражданской войны.
Её мать, которой роды помешали покинуть Англию, заботится о ней мало и вскоре уезжает во Францию, оставляя ребенка под опекой леди Далкейт, графини Мортон. Принцесса выросла в католическом монастыре Шайо. Генриетта была очень дружна со своим старшим братом Карлом и тёткой Анной Австрийской.
30 марта 1661 года она вышла замуж за своего кузена Филиппа Орлеанского, младшего брата Людовика XIV. Супруги имели трёх детей, один из которых умер в младенчестве:
- Мария Луиза Орлеанская (27 марта 1662 - 12 февраля 1689), замужем за королём Испании Карлом II. Детей не имела;
- Филипп Карл Орлеанский (16 июля 1664 - 8 декабря 1666), герцог Валуа;
- Анна Мария Орлеанская (27 августа 1669 - 26 августа 1728), которая 10 апреля 1684 вышла замуж за герцога савойского Виктора Амадея II и стала королевой Сардинии. Она была со своим потомством отстранена от престолонаследия Англии и Шотландии в 1701 году из-за принадлежности к католической религии. Её потомки оказались старшими в доме Стюартов после пресечения его мужской линии в 1807 (смерть последнего якобитского претендента Генриха Стюарта).
Совместная жизнь Генриетты и Филиппа была далеко не счастливой. Её муж, склонность которого к мужчинам не была тайной, ревновал к её влиянию при дворе.
Генриетта была дружна с братом мужа Людовиком XIV. При дворе даже поговаривали, что они были любовниками. Чтобы опровергнуть слухи, Генриетта срочно представила королю Луизу-Франсуазу де Лавальер, которая стала его любовницей. Генриетта тем не менее ещё имела влияние при дворе, несмотря на враждебность мужа и королевы Марии Терезии.
В 1670 году она способствовала подписанию Дуврского договора, который скрепил сближение интересов её брата Карла II и деверя Людовика XIV. Спустя две недели после возвращения из Лондона Генриетта начала испытывать сильные боли в желудке. Она умерла 30 июня 1670 года, в возрасте 26 лет, от перитонита.
При дворе ходили слухи, что Генриетта была отравлена шевалье де Лорреном, фаворитом её мужа, который, находясь по её вине в изгнании в Италии, передал яд через другого фаворита - маркиза Эффиа, отравившего не напиток, а саму чашку принцессы. Однако вскрытие, проведённое по желанию короля, не обнаружило следов яда. Предполагался перитонит, вызванный язвой желудка.