Era hija del Rey Fernando VII y de su cuarta esposa y sobrina, María Cristina de Borbón-Dos Sicilias.
Cuando Isabel II tubo 16 años, el Gobierno arregló un matrimonio con su primo, el infante don Francisco de Asís de Borbón, duque de Cádiz.
Tal y como relató posteriormente al embajador Fernando León y Castillo durante su exilio parisino, Isabel II no se llevaba bien con su primo y marido Francisco, cuya sexualidad ha sido cuestionada por algunos autores.La misma Reina parece haber comentado en una ocasión sobre su propia noche de bodas: «¿Qué podía esperar de un hombre que en la noche de bodas llevaba más encajes que yo?».
Oficialmente, Isabel II y Francisco de Asís fueron padres en once ocasiones, aunque varios embarazos acabaron en abortos o los neonatos fallecieron al cabo de muy poco tiempo.
- Luis de Borbón y Borbón (1849), nacido muerto.
- Fernando de Borbón y Borbón (1850), fallecido poco después de nacer.
- Isabel de Borbón y Borbón (1851–1931), condesa de Girgenti, casada con Cayetano de Borbón-Dos Sicilias
- María Cristina de Borbón y Borbón (5 de enero de 1854 - 8 de Enero de 1854), fallecida con tres días de vida.
- Francisco de Asís Leopoldo de Borbón (21 de junio de 1856 - 21 de junio de 1856)
- Alfonso de Borbón, príncipe de Asturias (1857–1885), después rey Alfonso XII.
- María Concepción Francisca de Asís de Borbón (1859–1861).
- María del Pilar Berenguela (1861–1879), fallecida soltera.
- María de la Paz de Borbón y Borbón (1862–1946), casada con Luis Fernando de Baviera.
- María Eulalia de Borbón y Borbón (1864–1958), duquesa de Galliera, casada con Antonio de Orleans y Borbón.
- Francisco de Asís Leopoldo de Borbón y Borbón (1866), fallecido con pocas semanas de vida.