Antes de casarse, estuvo comprometida en dos ocasiones. Primero fue con Teodoro, hijo mayor y heredero del duque Guillermo IV de Baviera, el cual no obstante murió en la infancia en 1534. Posteriormente se comprometió en 1545 con el duque Carlos de Angulema, hijo del rey Francisco I de Francia, pero la muerte de este ese mismo año también truncó este proyecto.
Matrimonio y descendencia
Ana se casó el 4 de julio de 1546 en Ratisbona, con 17 años, con el príncipe Alberto, el hermano menor de su primer prometido. Su regalo de bodas fue de 50.000 florines. Este matrimonio formaba parte de una red de alianzas en las que su tío, Carlos I de España y V de Alemania, esperaba asegurarse el apoyo del ducado bávaro antes de embarcarse en las guerras de Esmalcalda. De hecho, el suegro de Ana, el duque Guillermo, aunque se mantuvo formalmente neutral, concedió el paso de las tropas imperiales para marchar contra las fuerzas de la Liga de Esmalcalda, que sitiaba la fortaleza de Ingolstadt.
Después de su matrimonio, la joven pareja vivió en el castillo de Trausnitz en Landshut, hasta que su esposo sucedió a su padre como duque tras el muerte de este en 1550 como Alberto V. Tanto Ana como Alberto tenían cosas en común y se considera que el matrimonio fue feliz, tuvieron siete hijos:
También fueron mecenas del pintor Hans Mielich y del compositor franco-flamenco Orlande de Lassus. En 1552, el duque encargó un inventario de las joyas en posesión de la pareja. El manuscrito resultante, que aún se conserva en la Biblioteca Estatal, era el Libro de joyas de la duquesa Ana de Baviera ("Kleinodienbuch der Herzogin Anna von Bayern") y contiene 110 dibujos de Hans Mielich.
Cuando su esposo murió el 24 de octubre de 1579 y fue sucedido por su hijo mayor sobreviviente, Guillermo V, Ana como duquesa viuda siguió viviendo en la residencia de Múnich, donde tuvo su propia corte hasta su muerte. Tenía a su disposición una asignación de viudedad de 200.000 florines. Sobrevivió once años a su esposo.
Tumba de Ana, su marido, el duque Alberto V, y su hija Maximiliana María en la cripta de la Catedral de Nuestra Señora en Múnich.
Su descendiente, el elector Carlos Alberto de Baviera, utilizó tanto el tratado matrimonial de Ana y Alberto (en él se había determinado que, tras la extinción de los herederos varones de los Habsburgo, tanto Ana como sus descendientes varones deberían recibir la herencia) como su matrimonio con una archiduquesa como pretexto para reclamar el tierras de la corona de Austria y Bohemia de la Monarquía de los Habsburgo tras la muerte sin descendencia masculina de Carlos VI en 1740.
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