Leonora Christina kom til verden den 8. juli 1621 på Frederiksborg Slot som datter af Kong Christian IV og Kirsten Munk. Efter tidens skik blev hun efter sin dåb – seks uger gammel – sendt over til sin mormor Ellen Marsvin på Dalum Kloster ved Odense, og her blev hun opdraget sammen med sine søskende. Siden kom hun til kongens niece Sophie Hedvig i Friesland, men i 1628 blev børnene hentet hjem til forældrene på Frederiksborg Slot. Det var dog en hård tid, for forældrene skændtes meget og voldsomt med hinanden. I 1630 kulminerede skænderierne med en skilsmisse, hvorefter Christian IV nægtede børnene samvær med deres moder.
Nogenlunde på samme tid blev Leonora Christina – ni år gammel – trolovet med Corfitz Ulfeldt. Selve brylluppet fandt sted i 1636, og allerede i tiden forinden satte Leonora Christina alle segl ind på at blive en verdensdame, der kunne måle sig med Ulfeldts internationale uddannelse. Hun kastede sig over italiensk, fransk og latin og begyndte desuden at male og skrive digte.
Som kongens svigersøn gjorde Ulfeldt lynkarriere, og i 1643 blev han udnævnt til rigshofmester – rigets højeste embede, som var en slags kombineret stats- og finansminister. De kommende år var Leonora Christina og Corfitz Ulfeldt en helt central magtfaktor i Danmark, og de var også kendte ude omkring i Europa. Det var også særligt i disse år, at ægteskabet gav frugt. Fra 1637 til 51 fik parret således hele ti børn. Men alting ændrede sig med kongens død i 1648. Ulfeldt arbejdede hårdt på at indskrænke den nye konges magt mest muligt – Leonora Christinas halvbroder Frederik III. I 1651 valgte parret at flygte fra Danmark, da Ulfeldt blandt andet blev anklaget for at have taget af Øresundstolden. I årene 52-54 opholdt de sig ved Dronning Christinas hof i Stockholm, men da hun abdicerede, slog de sig ned i Pommern på godset Barth.
1657 erklærede Danmark Sverige krig, og både Leonora Christina og Corfitz var i felten på svensk side. Alligevel blev Corfitz efter krigen anklaget for forræderi mod den svenske kong Karl Gustav. I 1659 fik han et slagtilfælde, og i 1660 flygtede parret til København, hvor de blev arresterede og sat i fangenskab på Hammershus på Bornholm.
I 1662 fik Ulfeldt, der var ved dårligt fysisk og mentalt helbred efter slagtilfældet, tilladelse til en kurrejse til udlandet, og Leonora Christina fulgte med. Her opsøgte han en række udenlandske statsmænd og fyrster med forskellige militære og politiske projekter rettet imod Frederik III. Rygterne herom løb tilbage til Danmark, og i 1663 blev Leonora Christina lokket i baghold og ført til København, hvor hun blev indsat i Blåtårn på Københavns Slot. Uden nogensinde at komme for retten blev hun holdt indespærret i knap 22 år – mens Ulfeldt døde i 1664 under en bådflugt. De vægtigste af hendes værker blev helt eller delvist forfattet i årene i fangenskab – ”Leonora Christinas franske selvbiografi”, ”Hæltinners Pryd” samt ikke mindst ”Jammersminde”.
Leonora Christina blev først løsladt, da enkedronning Sophie Amalie døde i 1685. Sine sidste år boede Leonora Christina på Maribo Kloster, hvor hun fra 1688 havde selskab af datteren Anne Cathrine.