Plusieurs identifications du modèle ont été proposées : Lucrezia Crivelli, Cecilia Galleriani, qui furent maîtresses de Ludovic Le More, duc de Milan ou Béatrice d'Este qui fut son épouse.
L'appellation de Belle Ferronnière vient d'une confusion de ce portrait avec un autre, censé représenter la femme de Le Ferron, maîtresse de François Ier et dite la Belle Ferronnière. La confusion a été facilitée par le bijou, appelé ferronnière, que le modèle porte sur le front.
L'attribution à Leonard n'est pas unanime. L'absence de mains représentées en fait une exception dans l'uvre du peintre. Le parapet au premier plan n'est probablement pas de lui mais les radiographies effectués en dessous n'ont pas permis de distinguer les mains de la jeune femme.
Le regard oblique de la jeune femme est une autre caractéristique étrange du portrait.