Дочь испанского короля Филиппа III и его жены Маргариты Австрийской. Анна вместе со своей младшей сестрой Марией Анной получили хорошее образование, обучались латыни, основам европейских языков, шитью, танцам, письму, священной истории и генеалогии царствующей династии Габсбургов.В 1612 году Филипп III подписал брачный контракт, согласно которому юный французский король Людовик XIII брал в жёны испанскую инфанту Анну. Этот брак был необходим в дипломатических целях, так как Испания и Франция в это время стояли на грани войны. Также в брачном контракте было оговорено, что инфанта Анна выйдет замуж за Людовика, только если его сестра Изабелла станет женой младшего брата Анны принца Филиппа.В конце 1615 года 14-летняя Анна прибыла во Францию и 18 октября обвенчалась с Людовиком XIII. Поначалу король был очарован своей женой, которая заслуженно считалась первой красавицей Европы, но через некоторое время оказалось, что молодые супруги совершенно не готовы к семейной жизни. Их отношения с каждым годом всё больше охладевали. Анна была склонна к изменам и интригам, и кроме того пыталась проводить во Франции происпанскую политику. Королева поддерживала заговоры против Ришельё.Ко всему этому добавлялось ещё то, что брак Людовика и Анны 23 года был бездетным, и только в 1638 и 1640 годах, после нескольких неудачных беременностей, Анна родила двух сыновей, будущих Людовика XIV и Филиппа I Орлеанского.В 1643—1651 годах она была регентшей при малолетнем Людовике XIV, фактически же государством управлял Джулио Мазарини, назначенный ею первым министром. В 1661 году, после смерти Мазарини была исключена из королевского совета, когда Людовик XIV стал править самостоятельно. Никакого политического влияния на дела королевства королева-мать больше не имела. Позже Анна удалилась в монастырь Валь-де-Грас.Скончалась 20 января 1666 года от рака груди.