Мария Анна была старшей дочерью герцога Баварии Альбрехта V и Анны Австрийской. Она была четвёртым ребёнком в семье, среди её братьев и сестёр были Вильгельм V, Эрнст Баварский, Фердинанд Баварский и Мария Максимилиана.
Её дедом и бабкой по отцовской линии были Вильгельм IV и Мария Якоба Баденская, по материнской линии — Фердинанд I и Анна Венгерская.
26 августа 1571 года в Вене Мария Анна стала супругой своего дяди Карла II (1540—1590). После смерти Карла воспитанием детей (в частности, будущего императора Фердинанда II) занимался брат Марии Анны, герцог Вильгельм V.
Скончалась Мария Анна Баварская 29 апреля 1608 года, пережив мужа на восемнадцать лет.
В течение 19 лет брака родились 15 детей: