Леопольдина была самой младшей из нойбургских принцесс, дочерей Филиппа Вильгельма Пфальц-Нойбургского и Елизаветы Амалии Гессен-Дармштадтской. Своё имя получила в честь императора Леопольда I, своей старшей сестры Элеоноры Магдалины и их сына Иосифа. После смерти баварской курфюрстины Марии Антонии Австрийской рассматривалась, как главная кандидатура в жёны курфюрсту Максимилиану II, но умерла от оспы, не дожив до 14-летия.