เจ้าอุบลวรรณาเป็นธิดาองค์เล็กของพระเจ้ากาวิโลรสสุริยวงศ์ เจ้าผู้ครองนครเชียงใหม่ องค์ที่ 6 กับเจ้าอุษา เป็นขนิษฐาร่วมอุทร กับเจ้าทิพเกสร ทั้งนี้ไม่มีการบันทึกเกี่ยวกับวันเกิดของนางอย่างแน่ชัด สรัสวดี อ๋องสกุล ระบุว่าเกิดใน พ.ศ. 2385[1] ส่วนเพ็ญสุภา สุขคตะ ใจอินทร์ ได้สันนิษฐานว่าน่าจะเกิดในปี พ.ศ. 2388[5] ขณะอายุได้ 5 ปี เจ้าอุบลวรรณาได้ติดตามเจ้าบิดา และเจ้าทิพเกสรลงไปเข้าเฝ้าถวายบรรณาการที่กรุงเทพมหานคร และลงไปกรุงเทพฯ หลายครั้ง ครั้งหนึ่งก็ใช้เวลาอาศัยอยู่ที่นั่นหลายเดือน ถือเป็นสตรีสูงศักดิ์จากเมืองเหนือที่เปิดโลกอันทันสมัยมาตั้งแต่ยังเยาว์[1]

เจ้าอุบลวรรณาสั่งสมความรู้และประสบการณ์จากการพบปะผู้คนจำนวนมาก โดยเฉพาะหมอสอนศาสนาชาวต่างประเทศ ทำให้เธอมีความฉลาดหลักแหลม สนใจข่าวสารจากโลกภายนอก มีความเชื่อมั่นในตนเองสูง ทั้งนี้เจ้าอุบลวรรณามีความรู้ด้านประวัติศาสตร์ ปรัชญา และศาสนา รวมทั้งยังสามารถใช้ภาษาอังกฤษดี สามารถสื่อสารกับชาวตะวันตกและพม่าได้โดยไม่ต้องใช้ล่าม[1] ฮอลต์ ฮัลเลต (Holt Hallett) เคยกล่าวยกย่องเจ้าอุบลวรรณาไว้ว่า "นักประวัติศาสตร์แห่งราชวงศ์เชียงใหม่"[1]

เจ้าอุบลวรรณาเสียชีวิตราว พ.ศ. 2429[1] และสาเหตุแห่งการตายยังคงเป็นปริศนา ดร. มาเรียน อาลอนโซ ชีก หมอสอนศาสนาชาวอเมริกัน สหายคนสนิทของเจ้าอุบลวรรณาระบุว่า นางเสียชีวิตด้วยยาพิษ แต่มิได้ระบุว่าถูกลอบสังหารหรืออัตวินิบาตกรรม[5]