Da hun var 17 år gammel, i 1661, giftet hun seg med nevøen Filip I, hertug av Orléans, sønn til hennes mors bror Ludvig XIII av Frankrike og eneste bror til Ludvig XIV av Frankrike. Ekteskapet var arrangert av Ludvig XIV og hans mor Anna av Østerrike direkte etter at monarkiet var blitt gjeninnført i England og hennes bror hadde inntatt tronen, noe som med et slag gav henne politisk betydning; det er blitt sagt at dette var den første selvstendige politiske beslutning av betydning som kongen tok, ettersom han frem til kardinal Mazarins død samme år hadde overlatt politikken til ham. Det ble også ansett som viktig å raskt gifte bort Filip, som var homoseksuell, og Henrietta utgjorde da i egenskap av prinsesse et raskt alternativ for å arrangere et rangmessig akseptabelt parti. Henrietta og Filip innledet aldri noe forhold med hverandre, og Filip foretrakk menn, særlig Chevalier de Lorraine, men han aksepterte å ha samleie med henne jevnlig for prokreasjonens skyld.