ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ชุบเลี้ยงพระองค์เข้ารับราชการฝ่ายใน[5] และหลังจากที่สมเด็จพระนางเจ้ารำเพยภมราภิรมย์ พระเชษฐภคินีของพระองค์เสด็จสวรรคตแล้ว พระองค์จึงเป็นพระมเหสีเพียงพระองค์เดียวจนตลอดรัชกาล และได้ทรงปกครองฝ่ายในสืบมา สังเกตได้จากการเสด็จออกรับแขกเมืองในฐานะ "เจ้าฝ่ายใน" หรือ "ควีน" ออกปรากฏพระองค์แทนพระเชษฐภคินีผู้ล่วงลับ[6] แต่อย่างไรก็ตามไม่มีการเฉลิมพระอิสริยยศให้สูงขึ้นแต่อย่างใด และมีประสูติการพระราชบุตรในพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวสองพระองค์ คือ

1. พระเจ้าลูกเธอ พระองค์เจ้ากรรณิกาแก้ว (พ.ศ. 2398-2425) ต่อมาพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว โปรดเกล้าฯ สถาปนาพระอิสริยยศสูงสุดที่ เจ้าฟ้ากรมขุนขัตติยกัลยา[8]
2. พระเจ้าลูกยาเธอ พระองค์เจ้าจิตรเจริญ (พ.ศ. 2406-2490) ต่อมาพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว โปรดเกล้าฯ สถาปนาพระอิสริยยศสูงสุดที่ สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมพระยานริศรานุวัดติวงศ์[9] เป็นต้นราชสกุลจิตรพงศ์

เมื่อวันเสาร์ที่ 10 พฤศจิกายน พ.ศ. 2443 ปีชวด พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงมีพระบรมราชโองการให้สถาปนาหม่อมเจ้าพรรณรายขึ้นเป็นพระองค์เจ้าฝ่ายใน มีพระนามว่า พระสัมพันธวงศ์เธอ พระองค์เจ้าพรรณราย ทรงศักดินา 3,000[10]