เจ้าหญิงพอลีนแห่งออเรนจ์-นัสเซา ประสูติเมื่อวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2343 ทรงเป็นพระราชบุตรพระองค์ที่ 3 และพระราชธิดาพระองค์แรกใน พระเจ้าวิลเลิมที่ 1 แห่งเนเธอร์แลนด์ และ วิลเฮลมินแห่งปรัสเซีย สมเด็จพระราชินีแห่งเนเธอร์แลนด์ พระองค์ประสูติ ณ กรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี และช่วงเวลานั้น ประเทศเนเธอร์แลนด์ กำลังถูก ประเทศฝรั่งเศส รุกราน ในนปี พ.ศ. 2436 พระองค์และครอบครัวได้ย้ายไปอยู่ที่ ประเทศเยอรมนี ที่นี่พระองค์ได้พบกับพระอัยกา พระอัยยิกาฝ่ายพระมารดาของพระองค์เป็นครั้งแรก พระนัดดาทุกพระองค์เป็นรักของพระอัยยกาและพระอัยยิกาด้วยเวลาอันรวดเร็ว พระองค์ทรงชื่อเล่นว่า พอลี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพระอัยกาทรงมีความสุขมากที่เห็นพระนัดดามาเยี่ยม ในระหว่างการเฉลิมฉลองวันพระราชสมภพของ พระเจ้าวิลเลิมที่ 1 แห่งเนเธอร์แลนด์ พระราชบิดาของพระองค์ พระราชบิดาทรงเต้นกับเจ้าหญิงพอลีนในห้อง บอลรูมแกรนด์ ของปราสาท ในปี พ.ศ. 2437