Utrzymany w typowej dla rembrandtowskiego chiaroscuro mrocznej kolorystyce obraz posiada trzy silne akcenty świetlne; główne ognisko światła pada na twarz (poniżej czoła) i częściowo szyję oraz na obie dłonie.
Zdjęcie rentgenowskie obrazu ujawniło zarys innej postaci kobiecej znajdujący się pod obecnym malowidłem. Jest to ślad niedokończonego portretu: widoczny jest kształt głowy, kryzy i ramionDwa Rembrandty na Zamku Królewskim w Warszawie..
Dziewczyna w kapeluszu oraz inne dzieło Rembrandta, Uczonego przy pulpicie, kupił w 1777 Stanisław August Poniatowski za pośrednictwem marszanda Jakuba Triebla z rąk Elżbiety Henrietty Marii Gołowkin, córki Friedricha Paula von Kameke. Płótna umieścił w swojej kolekcji w warszawskim Pałacu na Wodzie w Łazienkach. Po śmierci monarchy obrazy zostały przekazane księciu Józefowi Poniatowskiemu, a w 1813 odziedziczyła je siostra księcia, Maria Teresa z Poniatowskich Tyszkiewiczowa. Dwa lata później zakupił je Kazimierz Rzewuski, który przekazał je córce Ludwice, żonie Antoniego Lanckorońskiego. Odtąd weszły w posiadanie rodziny Lanckorońskich, która rezydowała w Austrii. W 1902 Lanckorońscy urządzili w Wiedniu wystawę, na której Dziewczyna w ramie obrazu znalazła się obok innych obrazów z ich kolekcji, głównie płócien doby renesansu i baroku.