พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอทิตยาทรกิติคุณ ประสูติเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม พ.ศ. 2527 ทรงเป็นพระธิดาองค์เล็กในสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี มีพระเชษฐภคินี 1 พระองค์ คือ พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าสิริภาจุฑาภรณ์ พระองค์ทรงเป็นพระราชนัดดาในพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร และสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง ทั้งทรงเป็นพระภาคิไนยในสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว
พระองค์มีฐานันดรศักดิ์เป็น พระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้า ตั้งแต่ประสูติ เนื่องจากพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร มีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ ให้สถาปนาพระโอรสพระธิดาในสมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ให้ดำรงฐานันดรศักดิ์เป็น พระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้า ทุกพระองค์
ในด้านการศึกษา ทรงเข้ารับการศึกษาระดับอนุบาลที่โรงเรียนจิตรลดา เมื่อปี พ.ศ.2530 จากนั้นประทับ ณ รัฐแมริแลนด์ สหรัฐอเมริกา และทรงเข้าศึกษาที่สถาบันศิลปะวอชิงตัน (The Art Institute of Washington) จนสำเร็จการศึกษา ต่อมาทรงย้ายไปศึกษาต่อด้านแฟชั่นดีไซน์ในสถาบันศิลปะแคลิฟอร์เนีย (The Art Institute of California) ด้วยสนพระทัยด้านกราฟิกดีไซน์และแอนิเมชั่น และประทับอยู่ลำพังพระองค์ในอพาร์ตเมนต์ใกล้สถาบันดังกล่าว
ต่อมาในปี 2552 ได้ทรงโอนย้ายหน่วยกิตทั้งหมด เพื่อมาทรงศึกษาต่อในสาขาหลักสูตรศิลปศาสตรบัณฑิต สาขาวิชาออกแบบนิเทศศิลป์ วิทยาลัยนานาชาติ มหาวิทยาลัยมหิดล ซึ่งใช้เวลาเพียง 4 เทอม ประมาณ 1 ปีครึ่งเท่านั้นก็สามารถสำเร็จการศึกษาด้านการออกแบบนิเทศศิลป์ตามที่ตั้งพระทัยไว้ การนี้ พระองค์ทรงเข้ารับพระราชทานปริญญาบัตรจาก “สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จเทพรัตนราชสุดา เจ้าฟ้ามหาจักรีสิรินธร มหาวชิราลงกรณวรราชภักดี สิริกิจการิณีพีรยพัฒน รัฐสีมาคุณากรปิยชาติ สยามบรมราชกุมารี” ณ อาคารชุมพรเขตอุดมศักดิ์ หอประชุมกองทัพเรือ
ภายหลังสำเร็จการศึกษา พระองค์ทรงนำความรู้มาออกแบบผลิตภัณฑ์ในโครงการสวนจิตรลดา โดยทรงเลือกทำการรีแบรนดิ้งผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของแบรนด์จิตรลดา เพื่อให้ดูร่วมสมัย และเข้าถึงกลุ่มคนรุ่นใหม่มากขึ้น ทรงลงมือปรับโลโก้ใหม่ให้ดูทันสมัยแต่ยังคงรักษาเอกลักษณ์ความเป็นไทย และคงความเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติของจิตรลดาไว้อย่างเหนียวแน่น พร้อมกันนี้ พระองค์ได้ทรงออกแบบแพคเกจจิ้งสินค้าของจิตรลดาใหม่ มากกว่า 20 ไลน์ เพื่อสร้างความสดใหม่และน่าสนใจให้กับแบรนด์ ตลอดจนออกแบบลายเสื้อฝีพระหัตถ์ “ทุ่งภูเขาทอง” เพื่อสมทบทุนบูรณะอุโบสถวัดภูเขาทอง และออกแบบลายเสื้อและถุงผ้า “ช้างนพสุบรรณ” เพื่อนำทุนไปบูรณะวัดวัง อ.นครหลวง จ.พระนครศรีอยุธยา ที่เสียหายจากอุทกภัย เมื่อปี พ.ศ.2554
พระกรณียกิจขณะประทับอยู่ในสหรัฐอเมริกา โดยทรงเป็นประธานบำเพ็ญพระกุศลเนื่องในพระราชพิธีพระราชทานเพลิงพระศพสมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนา กรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ เมื่อวันเสาร์ที่ 15 พฤศจิกายน พ.ศ.2551 เวลา 10.00 น. ณ วัดไทยกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. สหรัฐอเมริกา และโปรดให้ผู้แทนพระองค์นำทุนทรัพย์ส่วนพระองค์จำนวน 100,000 บาท เพื่อร่วมสมทบกองทุนกำลังใจในพระดำริของพระเจ้าหลานเธอ พระองค์เจ้าพัชรกิติยาภา
ทั้งนี้ พระองค์ทรงประกอบพระกรณียกิจเกี่ยวกับศิลปะ, พระพุทธศาสนา และโครงการเกษตรตัวอย่างในพระดำริที่จังหวัดสุรินทร์ น้อมนำปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียงของพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร มาปรับใช้ในโครงการเกษตรส่วนพระองค์
