Fue bautizada en el Palacio de la Zarzuela por el Arzobispo de Madrid, sus padrinos fueron Don Alfonso de Borbón, Duque de Cádiz, y la Infanta María Cristina de Borbón y Battenberg. Ocupa el sexto lugar en la línea de sucesión a la Corona, tras el Príncipe de Asturias, la Infanta Leonor, la Infanta Elena, y sus sobrinos Felipe Juan Froilán de Todos los Santos y Victoria Federica de Todos los Santos.
Estudió en el Colegio Santa María del Camino. En 1984 ingresó en la Universidad Complutense de Madrid para estudiar Ciencias Políticas donde obtuvo la licenciatura en 1989. De esta forma se convirtió en la primera mujer de la Casa Real española en obtener un título universitario superior. En 1990 realizó un Master en Relaciones Internacionales en la Universidad de Nueva York, y a partir de 1991 hizo prácticas en la sede de la UNESCO en París con una beca de formación durante seis meses en el sector de Ciencias Sociales y Humanas.
Al cumplir la mayoría de edad se incorporó a los actos oficiales de la Casa Real, sobre todo, en actividades institucionales, culturales, académicas y de interés social, tanto en España como en el extranjero, especialmente en el ámbito europeo e iberoamericano.
En abril de 1992 fijó su residencia en Barcelona, por un período de seis meses, para participar en la organización del Campeonato Mundial de Vela Adaptada que se celebró tras finalizar los Juegos Olímpicos. Desde entonces vive en la Ciudad Condal. Asimismo, trabajó en las oficinas de la UNESCO en Barcelona, junto al presidente de la Comisión Española de Cooperación con la UNESCO, Luis Ramallo. Desde 1993 trabaja en La Caixa, primero en el departamento de programas culturales de la Fundación La Caixa, donde se encargaba de organizar exposiciones. Más tarde, en 1998, se convirtió en coordinadora de programas de cooperación internacional para el Tercer Mundo en la citada Fundación, y en 2005 la Fundación “La Caixa” anunció su nombramiento como directora del Área Social con responsabilidades en programas dirigidos a mayores, voluntariado y cooperación internacional.
El 4 de octubre de 1997 contrajo matrimonio con el jugador de la Selección Española de Balomano, Iñaki Urdangarín. Con él ha tenido 4 hijos: Juan Valentín de Todos los Santos, que nació el 29 de septiembre de 1999; Pablo Nicolás, nacido el 6 de diciembre de 2000, Miguel de Todos los Santos, el 30 de abril de 2002, e Irene, el 5 de junio de 2005, todos en Barcelona. Antes de su boda, el 26 de septiembre de 1997 el rey Don Juan Carlos le concedió el Ducado de Palma de Mallorca.
Pero además de este cargo ostenta otros como el de presidenta de honor de la Comisión Española de la UNESCO, y embajadora de Buena Voluntad de las Naciones Unidas, nombrada en 2001. Es miembro del Patronato de la Fundación Dalí y preside también la Fundación Internacional de Vela para Discapacitados, IFDS.
Entre los premios que le han entregado está la medalla de oro Torre del Conde, el Premio Maison de la France-Dialogo, el premio ’Hurra a la Deportividad’, por los cursos de vela que imparte para disminuidos físicos, la Medalla de oro de la Comunidad Autónoma de las Islas Baleares, Medalla de oro del Bimilenario de la ciudad ilicitana, Medalla de Oro de la ciudad condal.