อาร์ชดัชเชสมาเรีย ลีโอโพลดีน่า ประสูติเมื่อวันที่ 22 มกราคม พ.ศ. 2340 ณ กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย พระองค์เป็นพระราชธิดาองค์ที่ 4 และพระราชบุตรองค์ที่ 5 ในสมเด็จพระจักรพรรดิฟรานซ์ที่ 2 แห่งโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ และพระมเหสีองค์ที่ 2 ของพระองค์ เจ้าหญิงมาเรีย เทเรซ่าแห่งทู ซิชิลีส์ เมื่อพระองค์ยังทรงพระเยาว์ พระองค์ทรงได้รับการศึกษาพร้อมกับพระเชษฐภัคินี พระเชษฐา รวมทั้งพระอนุชา และพระขนิษฐาของพระองค์ โดยมีครูผู้สอนชาวเยอรมันมาสอนตามพระบัญาของสมเด็จพระจักรพรรดิและสมเด็จพระจักรพรรดินี โดยพระองค์ทรงสนพระทัยเป็นอย่างยิ่งในเรื่องของภาษา พระองค์ทรงสามารถตรัสและอักษรภาษาอังกฤษ ภาษาฝรั่งเศส ภาษาอิตาลี ภาษาละติน และภาษาสเปน เป็นต้น และนอกจากนี้ พระองค์ทรงสนพระทัยในเรื่องวิทยาศาสตร์ และธรรมชาติ