L’infante vint à la Cour de France et, Louise Elisabeth, seule célibataire de sa fratrie, fut la princesse toute désignée pour remplir l’autre part du contrat. Après le mariage par procuration en 1721, elle rencontra son époux en janvier 1722. La mariée apportait une dote énorme de 4 millions de livres dans ses bagages.
Elle n’avait que douze ans mais était déjà l’enjeu de rivalités en particulier de la part de l’ambitieuse Elisabeth Farnèse. Seconde femme de Philippe V, elle voyait en la jeune fille celle qui mettrait au monde les futurs héritiers de la couronne éloignant sa propre progéniture du trône. L’accueil par la famille royale d’Espagne fut donc glacial. On la surveillait, on l'espionnait, on la soupçonnait de tous les maux. Se renfermant sur elle-même, la jeune princesse prenait sa revanche en faisant mille espiègleries, se moquant de ses dames de compagnie, en refusant de paraître à la Cour ou de parler à son mari.
En 1724, Philippe V abdiqua en faveur de Louis qui devint Louis Ier d’Espagne. Plus préoccupé par les fêtes et à placer ses amis, après sept mois de règne, il mourut de la variole et Philippe V se recoiffa de la couronne. Toujours sous étroite surveillance, Louise Elisabeth était dorénavant réduite au plus grand dénuement. La France réexpédia l’infante en Espagne et, en 1725, la jeune veuve royale regagna discrètement Paris où elle mourut dans l’oubli au palais du Luxembourg à trente-trois ans.
Dans l’indifférence, Louise Elisabeth d’Orléans fut inhumée en l’église Saint-Sulpice. N’ayant pas donné d’enfant à la couronne espagnole, les portes de l’Escurial, où reposait son époux, lui restaient fermées.
Point de splendides funérailles, ni de somptueux tombeau pour l’éphémère reine d’Espagne.
Elle fut la seule femme à être inhumée avec les religieux de la crypte des évêques.
Profanée à la Révolution, il ne reste rien de sa sépulture. Seul un caveau conserve, bien sobrement, la mémoire de sa présence à proximité, caveau qui reçut aussi d'autres dépouilles.