พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอทิตยาทรกิติคุณ หรือพระนามลำลองว่าพระองค์ติ๊ด ประสูติเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม พ.ศ. 2527 เป็นพระธิดาพระองค์เล็กในสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี กับนาวาอากาศเอกวีระยุทธ ดิษยะศริน มีพระเชษฐภคินีหนึ่งพระองค์คือพระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าสิริภาจุฑาภรณ์ พระองค์และพระเชษฐภคินีมีฐานันดรศักดิ์เป็น "พระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้า" ตั้งแต่ประสูติ ตามพระบรมราชโองการของพระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร[1] ซึ่งพระยศดังกล่าวเทียบเท่าตำแหน่ง "พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้า"[2]

วันที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2527 ได้มีการพระราชพิธีสมโภชเดือนและขึ้นพระอู่พระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้าอทิตยาทรกิติคุณ ณ พระที่นั่งมูลสถานบรมอาสน์ หมู่พระที่นั่งจักรีมหาปราสาท ตามโบราณราชประเพณี[3]

พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอทิตยาทรกิติคุณทรงเข้ารับการศึกษาระดับอนุบาลที่โรงเรียนจิตรลดา เมื่อปี พ.ศ. 2530[4] หลังการหย่าร้างของพระบิดาและพระมารดา พระองค์และพระเชษฐภคินีได้ประทับอยู่กับพระบิดา ณ รัฐแมริแลนด์ สหรัฐอเมริกา โดยพระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอทิตยาทรกิติคุณทรงเข้าศึกษาที่สถาบันศิลปะวอชิงตัน (The Art Institute of Washington) จนสำเร็จการศึกษา[5] ต่อมาทรงย้ายไปศึกษาต่อด้านแฟชันดีไซน์ในสถาบันศิลปะแคลิฟอร์เนีย (The Art Institute of California)[6] ด้วยสนพระทัยด้านกราฟิกดีไซน์และแอนิเมชั่น และประทับอยู่ลำพังพระองค์ในอพาร์ตเมนต์ใกล้สถาบันดังกล่าว[7]

ครั้นเวลาต่อมาพระองค์ทูลพระมารดาผ่านทางโทรศัพท์ว่าจะเสด็จกลับประเทศไทย โดยให้เหตุผลว่าทรงเหงาและรู้สึกไม่ดี[5] ทรงโอนหน่วยกิตจากสถาบันเดิมเพื่อเข้าศึกษาในหลักสูตรศิลปศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาออกแบบนิเทศศิลป์ วิทยาลัยนานาชาติ มหาวิทยาลัยมหิดล[7] และทรงสำเร็จการศึกษาในปีการศึกษา 2553 ในการนี้สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี ได้เสด็จพระราชดำเนินพระราชทานปริญญาบัตร เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2554[8]