Infanta di Spagna, figlia di Filippo III re di Spagna e di Margherita d'Austria, nacque a San Lorenzo del Escorial il 18 agosto 1606.
Le trattative matrimoniali per Maria Anna con Carlo I d'Inghilterra fallirono per motivi religiosi: cattolica lei, protestante lui.
Nel 1631 Maria Anna sposò il cugino Ferdinando d'Asburgo re d'Ungheria che nel 1637 divenne imperatore. Attiva e intelligente collaborò con il marito e partecipò alla vita politica.
La coppia ebbe sei figli: Ferdinando IV d'Asburgo, Marianna d'Asburgo, Filippo Augusto d'Asburgo (morto infante), Massimiliano Tommaso d'Asburgo (morto infante), Leopoldo I d'Asburgo, Maria d'Asburgo (morta neonata).
Maria Anna morì a Linz il 13 maggio 1646 per un avvelenamento mentre era incinta dell'ultima figlia che fu fatta nascere con parto cesareo ma non sopravvisse.