Công chúa Lê Ngọc Bình sinh năm 1783 là con út của vua Lê Hiển Tông (1717-1786) và Chiêu nghi Nguyễn Thị Điều, em gái công chúa Ngọc Hân. Dân gian còn lưu truyền Ngọc Bình nổi tiếng đẹp sắc nước hương trời, cơ thể có mùi hương rất lạ, vô cùng cuốn hút. Do lịch sử đưa đẩy, công chúa Ngọc Bình trở thành người có số phận lạ lùng nhất trong lịch sử các vương triều phong kiến Việt Nam. Bà là người phụ nữ duy nhất của nước Việt từng lấy 2 vua làm chồng và là một phần lịch sử đặc biệt của 3 triều đại Lê, Tây Sơn và Nguyễn. Bàn về số phận lạ lùng của bà, dân gian Huế vẫn có câu: "Số chi có số lạ lùng, con vua lại lấy 2 chồng làm vua".
Cha của công chúa Lê Ngọc Bình là vua Lê Hiển Tông qua đời năm 1786, Lê Chiêu Thống được đưa lên làm vua. Tuy nhiên, do tính khí nhu nhược, nên khi quân Tây Sơn ra Bắc lần thứ 2 vào năm 1787 để diệt Nguyễn Hữu Chỉnh, Lê Chiêu Thống đã phải trốn chạy, cho người sang cầu nhà Thanh.
Năm 1788, Nguyễn Huệ lên ngôi hoàng đế, đặt niên hiệu Quang Trung, phong Ngọc Hân, chị gái công chúa Cảnh Bình làm Hữu cung hoàng hậu. Họ có với nhau 2 con là công chúa Nguyễn Ngọc Bảo và hoàng tử Nguyễn Quang Đức. Năm 1792, Nguyễn Huệ đột ngột qua đời, con trai là Quang Toản (con trai Quang Trung và hoàng hậu Bùi Thị Nhạn, người Bình Định) nối ngôi lúc mới 10 tuổi lấy niên hiệu là Cảnh Thịnh.
Do vua Cảnh Thịnh lên ngôi khi còn nhỏ, quyền lực triều Tây Sơn khi ấy bị thâu tóm vào tay Thái Sư Bùi Đắc Tuyên (cậu ruột Quang Toản). Đến năm 1795, thái hậu Lê Ngọc Hân làm mối công chúa Ngọc Bình cho Quang Toản, công chúa trở thành chính cung hoàng hậu nhà Tây Sơn khi vừa tròn 12 tuổi.
Cuộc hôn nhân giữa công chúa Ngọc Bình và hoàng đế Cảnh Thịnh đã đặt Ngọc Hân - Nguyễn Huệ; Ngọc Bình - Cảnh Thịnh vào mối quan hệ phức tạp. Ngọc Hân và Ngọc Bình vừa là chị em lại vừa là mẹ chồng nàng dâu. Vua Quang Trung với vua Cảnh Thịnh vừa là cha con vừa là anh em cọc chèo mà nhạc phụ của họ là hoàng đế Lê Hiển Tông.
Đến tháng 5/1801, Nguyễn Ánh đánh chiếm Phú Xuân, vua Quang Toản bỏ chạy ra Bắc Hà, Ngọc Bình và một số cung nữ bị kẹt lại Phú Xuân. Thấy hoàng hậu trẻ đẹp, ăn nói dịu dàng, dáng điệu thướt tha, Nguyễn Ánh (vua Gia Long, triều đại nhà Nguyễn) muốn lấy làm vợ.
Mặc các cận thần kịch liệt phản đối vì cho rằng "thiên hạ thiếu gì đàn bà mà lại lấy thừa vợ của giặc", vua Gia Long vẫn bỏ ngoài tai tất cả, ông trả lời bề tôi của mình rằng: "Tất cả giang sơn này, cái gì mà ta không lấy từ trong tay giặc, cứ gì một người đàn bà?".
Vua Gia Long phong Lê Ngọc Bình làm phi và sinh được hai hoàng tử cho nhà Nguyễn là Quảng Uy công Nguyễn Phúc Quân (sinh năm 1809), Thường Tín công Nguyễn Phúc Cự (sinh năm 1810) và 2 công chúa là Mỹ Khê Ngọc Khuê và An Nghĩa Ngọc Ngôn.
Bà mất năm 1810, khi tuổi đời còn khá trẻ (27 tuổi), được ban thụy là Cung Thận Đức phi, an táng tại làng Trúc Lâm. Năm 2008 tẩm mộ được cải táng về đồi Mâm Xôi, thuộc khu Đồng Chầm, phường Hương Hồ, thị xã Hương Trà.
