พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหมื่นอัปสรสุดาเทพ ประสูติเมื่อวันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2354 เป็นพระราชธิดาในพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว ประสูติแต่เจ้าจอมมารดาบาง พระองค์มีพระอนุชาร่วมมารดาคือ พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าลักขณานุคุณ[4][6] ต่อมาพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดเกล้าสถาปนาให้ พระองค์เจ้าวิลาส ขึ้นเป็น กรมหมื่นอัปสรสุดาเทพ เมื่อ พ.ศ. 2381[7]

กรมหมื่นอัปสรสุดาเทพเป็นผู้รักษากุญแจพระคลังข้างใน และว่าการพนักงานต่าง ๆ เช่น พระสุคนธ์และพระภูษา ทั้งยังเป็นผู้ทรงกำกับแจกเบี้ยหวัดฝ่ายใน[2] ถือเป็นพระธิดาพระองค์โปรดของพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว ด้วยเป็นพระราชธิดาพระองค์ใหญ่ มีพระสิริโฉมงดงาม มีพระทัยโอบอ้อมอารีดุจเทพธิดา และมักปฏิบัติพระกรณียกิจร่วมกับพระราชบิดา[8] กล่าวกันว่าหากพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดพระราชธิดาพระองค์ใดก็มักจะสร้างวัดพระราชทานกุศลให้ ซึ่งวัดที่สร้างพระราชทานแก่กรมหมื่นอัปสรสุดาเทพ คือ วัดเทพธิดาราม[5][7] บางแห่งก็ว่าสุนทรภู่ชื่นชมในพระสิริโฉมของกรมหมื่นอัปสรสุดาเทพ ด้วยแต่ง รำพันพิลาป เกี้ยวพระองค์[9]

พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหมื่นอัปสรสุดาเทพเริ่มประชวรกระเสาะกระแสะด้วยพระอาการตรีสัณทฆาฏ ซึ่งเป็นโรคชนิดหนึ่ง จะเกิดเม็ดขึ้นในดี, หัวใจ, ตับ และลำไส้ ทรงพระบังคนเป็นพระโลหิต และจุกเสียดพระนาภี พระนาภีพองคล้ายท้องมาน และที่สุดจะมีพระโลหิตออกทางทวารทั้งเก้าเรื่อยมาตั้งแต่ พ.ศ. 2386 พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงรวบรวมหมอหลวงมารักษาแต่พระโรคก็มิหายขาด พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงเอาพระทัยใส่ ติดตามพระอาการประชวรของปิยราชธิดาพระองค์นี้ไม่เคยขาด[7] กระทั่งสิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2388[10] สิริพระชนมายุ 33 ปี พระราชทานเพลิงพระศพ ณ พระเมรุท้องสนามหลวง เมื่อวันที่ 15 มีนาคม พ.ศ. 2388[2]