Mafalda era la secondogenita di Vittorio Emanuele e di Elena del Montenegro. Ubbidiente e disciplinata, amava molto la musica. Trascorse la sua infanzia e la giovinezza in un ambiente più familiare che nobiliare. La mamma spesso organizzava gare, giochi, semplici feste e insegnava alle figlie a cucinare e a cucire; il papà appena poteva si rifugiava in famiglia, lontano dall'etichetta di corte. All'inizio del secolo la famiglia reale soleva villeggiare a Racconigi, a Sant'Anna di Valdieri e a San Rossore.

Muti , questo il soprannome di Mafalda, e le sorelle aiutavano la madre nelle opere di beneficenza e durante la prima guerra mondiale la accompagnavano nelle frequenti visite ai soldati ed agli ospedali militari.

Gli anni venti trascorsero spensieratamente. Il 23 settembre 1925 la principessa sposava a Racconigi il principe tedesco Filippo d'Assia, tenente nell'esercito prussiano. Si celebrò lo sposalizio, pur senza il fasto delle festa del 1845, e il banchetto di nozze fu allestito nelle serre neogotiche, dove furono preparate venti tavole per i 160 invitati. Sempre a Racconigi nell'agosto dell'anno successivo nacque il primo dei suoi quattro figli, Maurizio.

Nel 1943, dopo la destituzione di Mussolini, l'affidamento del governo a Badoglio e la firma dell'armistizio con gli alleati, i tedeschi organizzarono l'arresto di tutti i regnanti, oltre al disarmo delle truppe italiane. Badoglio e il re fuggirono al Sud, ma Mafalda non riuscì a mettersi in salvo. Alla fine di agosto, infatti, Mafalda era partita per Sofia, dove non era stata avvisata di quanto stava per accadere. Il 7 settembre Mafalda ripartì per l'Italia. Riuscì a tornare a Roma, ma il 23 settembre mattina venne chiamata con un tranello al comando tedesco, per "l'arrivo di una chiamata telefonica del marito da Kassel in Germania", le dissero. Fu arrestata e mandata prima a Monaco, poi a Berlino, infine deportata il lager di Buchenwald, sotto il falso nome di 'frau von Weber'.

Qui Mafalda (per scherno chiamata dai nazisti 'Frau Abeba') visse in una baracca ai margini dei campo, destinata a prigionieri 'di riguardo', tra i quali vi erano un ex deputato socialdemocratico tedesco e sua moglie. La vita era però durissima, il mangiare insufficiente, il freddo intenso. La principessa deperì velocemente, mangiava pochissimo e inoltre, quando poteva, faceva in modo che quel poco che aveva in più fosse distribuito a chi aveva più bisogno di lei. Pur non potendo rivelare la propria identità, tra i prigionieri italiani del campo si sparse la voce che la figlia del re si trovava a Buchenwald e alcuni italiani cercarono di aiutarla.

Nell'agosto del '44 gli anglo-americani bombardarono il lager e la baracca in cui la principessa era prigioniera fu distrutta. Gli occupanti si erano rifugiati nella trincea che circondava la baracca ma un'esplosione provocò alla principessa bruciature e contusioni varie. Ricoverata nell'infermeria della casa di tolleranza dei tedeschi del campo, fu soccorsa dalle prostitute, ma senza le cure necessarie Mafalda peggiorò. Dopo una lunghissima operazione morì dissanguata il 28 agosto 1944. Il corpo di Mafalda fu seppellito in una fossa senza nome, con solo un numero: il 262 e la scritta "eine enberkannte fraue" (donna sconosciuta). Finita la guerra la tomba fu individuata e i resti di Mafalda seppelliti in un piccolo cimitero degli Assia nel castello di Kronberg in Taunus (Francoforte sul Meno).