ประสูติ ณ ปาแลร์โม, ราชอาณาจักรซิซิลีทั้งสอง เมื่อวันที่ 3 เมษายน ค.ศ. 1812 ทรงเป็นพระราชธิดาพระองค์ใหญ่ของพระเจ้าหลุยส์-ฟีลิปที่ 1 แห่งฝรั่งเศส กับพระนางมารีอา อะเมเลียแห่งเนเปิลส์และซิซิลี ในขณะที่ยังทรงพระเยาว์ ทรงได้รับการปลูกฝังทางศาสนาและทางการศึกษาอย่างชนชั้นสูงจากทางฝ่ายพระราชชนนีและพระมาตุจฉา (เจ้าหญิงอะเดเลดแห่งออร์เลอ็อง) ซึ่งทรงสนิทสนมกับพระองค์เป็นอย่างดี

ทางฝ่ายพระราชบิดานั้น พระองค์เป็นผู้สืบตระกูลของฟิลิปป์ เอกาลีเต, ฟิลิปป์ที่ 2 ดยุคแห่งออร์เลอองส์ ผู้สำเร็จราชการแทนพระเจ้าหลุยส์ที่ 15, และพระเจ้าหลุยส์ที่ 12 กับฟิลิปที่ 1 ดยุกแห่งออร์เลอ็อง ซึ่งทั้งสองพระองค์ทรงเป็นพระราชโอรสของพระเจ้าหลุยส์ที่ 13 ส่วนทางฝ่ายพระราชมารดานั้น สืบตระกูลมาจากจักรพรรดินีมาเรีย เทเรซา และแคทเธอรีน เดอ เมดิชิ เมื่อพระราชบิดาเสด็จขึ้นครองราชย์เป็นพระเจ้าหลุยส์-ฟีลิปที่ 1 แห่งฝรั่งเศส พระองค์มีพระชนมายุ 18 พรรษา ตามฐานันดรศักดิ์จึงทำให้พระองค์กลายเป็น "เจ้าหญิงแห่งออร์เลอ็อง"

เจ้าหญิงแห่งออร์เลอ็อง ทรงอภิเษกกับสมเด็จพระราชาธิบดีเลโอโปลด์ที่ 1 แห่งเบลเยียม ณ ปราสาทกงปิแยร์น ในฝรั่งเศส และเนื่องจากพระคู่หมั้นนั้นทรงนับถือนิกายโปรเตสแตนท์ (ในขณะนั้น) งานอภิเษกจึงจัดขึ้นตามธรรมเนียมของทั้งสองนิกาย

พระองค์ทรงเป็นพระภรรยาเจ้าและพระราชมารดาที่สมบูรณ์แบบ พระองค์ได้กลายเป็นผู้ที่น่าเลื่อมใสในราชสำนักเบลเยียมต่อมาอันเนื่องมาจากพระราชอัธยาศัยและพระสิริโฉมของพระองค์ สมเด็จพระราชินีหลุยส์มารี เสด็จสวรรคตด้วยวัณโรค ที่อูสเตนด์ เมื่อวันที่ 11 ตุลาคม ค.ศ. 1850 พระบรมศพนั้นได้ประดิษฐานอยู่เคียงข้างพระราชสวามีที่สุสานหลวงภายในโบส์พระแม่แห่งลาเคิน