Figlia del militare di carriera Giovanni Battista Vercellana (originario di Moncalvo nei pressi di Casale Monferrato) e di Teresa Griglio, ebbe due fratelli: Adelaide e Domenico. Venne battezzata il 15 giugno 1833 nella chiesa di san Giacomo a Nizza con il nome di Maria Rosa Chiara Teresa Aloisia. Il padre faceva parte della Guardia imperiale napoleonica, ma nel 1814 rifiutò di seguire Napoleone fuggito dall'Elba ed entrò nei granatieri di Sardegna dell'esercito di Carlo Alberto con il grado onorifico di "tamburo maggiore". Rosa  incontrò per la prima volta Vittorio Emanuele II nel 1847, quando con la famiglia si era trasferita presso il castello di Racconigi dove il padre dirigeva il presidio militare della tenuta di caccia: il futuro re d'Italia, ancora principe ereditario, aveva 27 anni, era sposato con l'austriaca Maria Adelaide e aveva già quattro figli. Lei aveva 14 anni. I primi incontri tra i due furono clandestini, sia perché Carlo Alberto era contrario e sia perché nel Regno di Sardegna vigeva una legge secondo cui era punito con durezza il "rapimento" di ragazze minori di anni 16 dalle loro famiglie. La ragazza, che era analfabeta (come il 90% della popolazione dell'epoca), venne allora trasferita nella palazzina di caccia di Stupinigi. Vittorio Emanuele II mantenne la propria relazione con Rosa Vercellana per tutta la vita, nonostante le sue altre numerose amanti ed avventure, ed ebbe da lei due figli: Vittoria (1848-1905) ed Emanuele (1851-1894). La relazione suscitò scandalo e ostilità a corte, ma Vittorio Emanuele non cedette alle pressioni e l'11 aprile 1858 nominò Rosa Vercellana Contessa di Mirafiori e Fontanafredda, comprando per lei il castello di Sommariva Perno. Nel 1863 si trasferì negli Appartamenti Reali di Borgo Castello all'interno dell'attuale Parco regionale La Mandria. Tale residenza, che non apparteneva alla Corona ma al patrimonio privato del re, rimase sempre la preferita della coppia, poiché Vittorio Emanuele II amava rifugiarvisi per cacciare e sfuggire alla vita di corte. Nel 1864 Rosina seguì il re a Firenze, stabilendosi nella villa "La Petraia". Nel 1869 il re si ammalò e temendo di morire sposò Rosa Vercellana con un matrimonio morganatico, ovvero senza l'attribuzione del titolo di regina. Il rito religioso si tenne il 18 ottobre di quell'anno. Il matrimonio fu celebrato anche con rito civile otto anni dopo, il 7 ottobre 1877, a Roma. Vittorio Emanuele morì tre mesi dopo, il 9 gennaio 1878. Rosa trascorse gli ultimi anni della sua vita nel palazzo Beltrami di Pisa, che il re aveva acquistato per la figlia Vittoria, e qui morì nel 1885. Casa Savoia vietò che venisse seppellita al Pantheon, non essendo mai stata regina; per questo motivo, e in aperta sfida alla corte reale, i figli fecero costruire, a Torino Mirafiori Sud una copia del Pantheon in scala ridotta, poi soprannominata "Mausoleo della Bela Rosin". Le sue spoglie furono successivamente traslate nel 1972 da Mirafiori al Cimitero monumentale di Torino per evitare profanazioni e vandalismi della tomba. Isolata e disprezzata dai nobili, Rosa Vercellana fu invece amata dal popolo per le sue origini contadine: si dice che la canzone popolare risorgimentale La bela Gigogin si riferisse in realtà a lei.