Она была старшей дочерью императора Максимилиана II и его жены Марии Испанской, дочери императора Карла V. Первоначально она так же, как и третья жена Филиппа IIЕлизавета Валуа, предназначалась в жёны наследнику испанского престола Дону Карлосу, но он неожиданно умер 24 июля 1568 года. В том же году 3 октября умерла и Елизавета Валуа вследствие неудачных родов. Король Филипп II остался таким образом и без жены, и без наследника престола. В 1570 году Анна прибыла в Мадрид в сопровождении своих братьев Альбрехта и Венцеля, которые остались в Испании, чтобы получить образование при королевском дворе. 12 сентября 1570 года в Сеговии Филипп II женился на Анне. Она доводилась ему родной племянницей (её мать была родной сестрой короля Испании) и одновременно двоюродной племянницей (её отец был двоюродным братом короля) и была младше мужа на 22 года.
В 1571 году она родила первенца Фердинанда. Однако из пяти рождённых ею детей только четвёртый, Филипп, дожил до совершеннолетия и стал впоследствии королём Испании Филиппом III. В 1580 году Анна с мужем поехали в Португалию, чтобы заявить свои права на португальский престол после смерти короля Энрике, не оставившего после себя наследников. Они доехали до Бадахоса, где король серьёзно заболел гриппом. Ухаживая за мужем, Анна тоже заразилась гриппом и умерла в возрасте тридцати лет.
