Дочь испанского короля Филиппа III, пыталась проводить происпанскую политику. Поддерживала заговоры против Ришельё. Брак Людовика и Анны 23 года был бездетным, и только в 1638 и 1640 годах, после нескольких неудачных беременностей у Анны, родились их два сына, будущие Людовик XIV и Филипп I Орлеанский.
В 1643—1651 была регентом при малолетнем Людовике XIV, фактически же государством управлял Дж. Мазарини, назначенный ею первым министром. В 1661 году, после смерти Мазарини, когда Людовик XIV стал править самостоятельно, Анна удалилась в монастырь Валь-де-Грас.
Скончалась 20 января 1666 года от рака груди.
Отношения Анны Австрийской и Людовика XIII стали одной из сюжетных линий знаменитого романа Александра Дюма-отца «Три мушкетёра». В его продолжениях «Двадцать лет спустя» и «Виконт де Бражелон, или Десять лет спустя» Анна Австрийская также одно из действующих лиц. В рассказе английской писательницы Эвелин Энтони «Любовь кардинала» также упоминается Анна Австрийская. Об Анне также идёт речь в исторических романах Георга Борна «Анна Австрийская, или Три мушкетёра королевы» и Шарля Далляра «Первая любовь Анны Австрийской».