Izabela i Katarzyna dorastały pod opieką ojca i macochy, Anny Habsburżanki, z którą w końcu Filip doczekał się oczekiwanego syna i dziedzica, późniejszego Filipa III. Filip II znany był ze swojej skrytości i chłodnego usposobienia. Swoje dwie córki obdarzał jednak wielkim uczuciem, często pisując do nich listy, które podpisywał: Wasz dobry ojciec. Izabela była również jedyną osobą, której Filip pozwalał pomagać sobie w pracy. Infantka sortowała dokumenty i tłumaczyła na język hiszpański pisma z włoskich posiadłości Korony hiszpańskiej. Opiekowała się również ojcem przez 3 ostatnie lata jego życia, które król spędził przykuty do łóżka cierpiąc na puchlinę wodną, podagrę oraz liczne inne choroby. Stary król zmarł 13 września 1598 r.
Małżeństwo W 1568 2-letnia Izabela została obiecana swojemu kuzynowi, arcyksięciu Rudolfowi, późniejszemu cesarzowi Rudolfowi II. Do małżeństwa jednak nie doszło, gdyż po 20 latach oczekiwania cesarz ogłosił, że nie zamierza się z nikim żenić.