Elle née au mois de mars de l'année 1669 dans une petite maison entre le Louvre et les Tuileries. Sa naissance et son existence doivent demeurés secrets car sa mère, Françoise-Athénaïs de Montespan est mariée. Son époux, le marquis de Montespan, ayant légalement des droits sur cet enfant, Louis XIV décide de laisser dans l'ombre la petite fille. D'abord confiée à Mlle des Oeillets, dame de chambre de la marquise de Montespan, Louise-Françoise est élevée par Mme Scarron quelques semaines après sa naissance. Le roi ne vit jamais cet enfant dont il recevait des nouvelles par Françoise Scarron. Celle-ci l’amenait parfois en pleine nuit à sa mère. Au mois de février 1672, Louise-Françoise est prise par la fièvre et les coliques. Sa gouvernante en informe ses parents et demande l'aide d'un médecin de la cour pour sauver l'enfant qui résiste mal aux saignées. Son existence étant secrète, il est impossible à Louis XIV d'envoyer à son enfant les soins qui l'auraient peut être sauvé. En proie à de terribles migraines, Louise-Françoise décéde le 23 février, peu de temps avant son troisième anniversaire, probablement victime d'un abcès à l'oreille.  L'enfant étant resté inconnu pour la cour, certain historiens en font néanmoins un garçon.