Leonor de Bourbon et Ortiz voit le jour le 31 octobre 2005 à Madrid en Espagne. Fille aînée du roi d’Espagne, Felipe VI et de la reine Letizia d’Espagne, elle a une soeur, l’infante Sofia (née en 2007). Le 14 janvier 2006, la petite princesse est baptisée au Palais Royal de la Zarzuela lors d’une cérémonie publique. Son parrain est son grand-père paternel, Juan Carlos d’Espagne, et sa marraine sa grand-mère paternelle, Sophie d’Espagne. Elle effectue sa scolarité au collège Santa Maria de Los Rosales à Madrid.
La princesse Leonor occupe la première place dans l’ordre de succession au trône d’Espagne depuis le 19 juin 2014, date à laquelle son père Felipe succède à Juan Carlos d’Espagne. Elle reçoit alors le titre d’Altesse royale princesse des Asturies.
Peu à peu, le couple royal associe la princesse héritière au protocole. En novembre 2016, elle assiste pour la première fois à la cérémonie d’ouverture du Parlement à Madrid.
Le 30 janvier 2018, la princesse des Asturies reçoit le collier de l’ordre de la Toison d’Or, ordre de chevalerie le plus illustre du royaume, des mains de son père, qui fête le jour même son cinquantième anniversaire. Le 24 mars 2021, elle préside seule la cérémonie célébrant les 30 ans de l'Institut Cervantes, institution en charge de la promotion de l’espagnol à travers le monde.
En août 2021, elle poursuit ses études au Royaume-Uni et intègre le lycée UWC Atlantic College, au Pays de Galles. Le 13 mars 2023, le Palais fait savoir dans un communiqué officiel que Leonor entamera sa formation militaire une fois son diplôme en poche. Celle-ci se déroulera à l'Académie militaire générale de Saragosse, au nord-est de l'Espagne, et sera suivie d'une année dans la marine à Marìn, à l'Est du pays. La princesse Leonor terminera son cursus à l'Académie générale de l'air, à San Javier, au sud-est. Elle obtient son diplôme de l'Atlantic College le 20 mai 2023.