Anne Marie Louise d’Orléans s-a născut la Palatul Luvru pe 29 mai 1627 și a fost fiica lui Gaston, Duce de Orléans, singurul frate al regelui Ludovic al XIII-lea al Franței. Mama ei, Marie de Bourbon, era unicul membru în viață al ramurii de Montpensier a Casei de Bourbon, dar a murit la cinci zile după ce a adus-o pe lume pe fetiță, lăsând-o pe noua ducesă moștenitoarea unei averi imense, care includea cinci ducate.
Ca fiică cea mare a unui Monsieur, Anne Marie Louise a fost numită oficial de la naștere Mademoiselle și, fiind nepoata regelui, unchiul ei, Ludovic al XIII-lea, a creat un nou titlu, “petite-fille de France”. Până în 1638, la venirea pe lume a vărului ei, viitorul Ludovic al XIV-lea, micuța a fost cel mai important copil regal de la curtea Franței.
Fiind orfană de mamă, Mademoiselle a fost mutată de la Luvru la Palatul Tuileries și plasată în grija guvernantei Jeanne de Harley, care a învățat-o să scrie și să citească. Anne Marie Louise a fost foarte apropiată de tatăl ei, dar Gaston s-a recăsătorit cu Marguerite de Lorena într-o ceremonie secretă la Nancy, în noaptea de 2 spre 3 ianuarie 1632, și, pentru că nu obținuse aprobarea regelui, cuplul nu a putut apărea la curtea Franței.
La nașterea vărului ei, viitorul Ludovic al XIV-lea, în 1638, Mademoiselle a “decis” că se va căsători cu el și îi spunea “micul meu soț”, spre amuzamentul lui Ludovic al XIII-lea. Regele Franţei a murit în mai 1643 şi fiul său de cinci ani, Ludovic al XIV-lea, viitorul Rege Soare, a devenit suveran sub regență, iar relaţia dintre cei doi veri a continuat să fie destul de apropiată.
Ajunsă la maturitate, cea mai bogată prințesă necăsătorită a Europei nu reuşea să-și găsească un soţ potrivit. În 1646, l-a întâlnit pe Carol, Prinț de Wales. Mătușa ei, regina Henrietta Maria a Angliei, a încurajat ideea căsătoriei, însă acest mariaj nu s-a finalizat. După decesul împărătesei Maria Anna a Spaniei, Mademoiselle a fost interesată de o căsătorie cu regele văduv, Ferdinand al III-lea, dar nici acest proiect matrimonial nu a avut succes. A urmat apoi perioada tulbure a Frondelor, iar Anne Marie Louise d’Orléans a fost implicată în revoltele de la Paris.
Mai târziu, Mademoiselle s-a îmbolnăvit de variolă, dar a supraviețuit bolii, după convalescență s-a împrietenit cu Claire Clémence de Breze, soția prinţului de Condé, iar când aceasta din urmă s-a îmbolnăvit de erizipel, a primit propunerea să devină soţia prinţului după ce soţia bolnavă va muri, urmând astfel să-și mențină rangul la curte. Planurile de căsătorie au picat, pentru că prințesa Claire Clémence s-a vindecat.
În timpul Frondelor, orașul tatălui ei, Orléans, a solicitat ca ducele Gaston să rămână în localitate, pentru a fi evitate jafurile și distrugerile. Cum bărbatul era nehotărât, curajoasa Mademoiselle a luat decizia să meargă ea la Orléans pentru a-l reprezenta și pentru a pune capăt revoltelor.
Călătorind prin Artenay, Mademoiselle a fost informată că orașul n-ar primi-o, iar când a ajuns, porțile au fost blocate, a strigat să i se permită intrarea, dar a fost ignorată. Un barcagiu s-a oferit să o ducă la Porte de La Faux, o intrare secretă, ducesa a pătruns în oraș și a fost întâmpinată triumfător de localnici, fiind purtată pe un scaun pe străzile din Orléans pentru ca toată lumea să o poată vedea. Mai târziu a mărturisit că nu a fost niciodată “într-o așa de fermecătoare situație” și a rămas aici timp de cinci săptămâni. De-abia în mai 1652 curajoasa prințesă a revenit în Paris şi a găsit capitala într-o stare de teroare. Temându-se pentru viața ei, a părăsit Parisul şi s-a refugiat la reședința de la Saint-Fargeau, unde a rămas până în 1657, când a fost reprimită la curtea regală.
Averea ei uriașă fusese administrată de tatăl ei până cînd a devenit majoră, în 1652, și atunci a descoperit că ducele Gaston nu a fost cel mai cinstit contabil al bogăţiei moştenite de la defuncta ei mamă, ba, mai mult, propria bunică, Ducesa de Guise, cheltuise sume mari de bani.
În februarie 1660, ducele, a murit din cauza unui accident vascular cerebral. Ca fiică cea mare, Mademoiselle a fost principala lui moștenitoare, iar Gaston i-a lăsat o sumă considerabilă, care s-a adăugat averii ei care deja era mare. Ducesa s-a îmbolnăvit grav în martie 1693 și a murit la vârsta de 65 de ani la Palais du Luxembourg într-o zi de duminică, pe 5 aprilie 1693, fiind înmormântată la Bazilica Regală din Saint Denis. Mademoiselle a rămas în istorie ca cea mai bogată prințesă necăsătorită a Europei.
