Мария Анна была младшей дочерью испанского короля Филиппа III и Маргариты Австрийской. Младшая сестра Анны Австрийской и Филиппа IV. Старшая сестра кардинала-инфанта Фердинанда.
В начале 1620-х годов Яков I рассматривал Марию Анну как возможную невесту для своего сына и наследника Карла I. Карл I даже посетил Мадрид, чтобы встретиться с ней. Однако поскольку Карл I отказался принять католицизм, а Мария Анна отказалась выйти замуж за еретика, этому союзу не суждено было состояться.
20 февраля 1631 года Мария Анна вышла замуж за своего кузена, будущего императора Фердинанда III, от которого у неё было 6 детей.