Anna van Nassau was de tweede dochter van Willem van Oranje en het oudste kind uit diens huwelijk met Anna van Saksen dat in leven bleef. Zij werd geboren in Breda, maar woonde vanaf 1567 op de Dillenburg, het stamslot van haar vader. In 1571 werd het huwelijk van haar ouders na de bewezen echtbreuk van haar moeder en de geboorte van een buitenechtelijk halfzusje (Christine) ontbonden; tot een officiële scheiding is het niet gekomen. Anna groeide op bij grootmoeder Juliana van Stolberg en oom Jan de Oude van Nassau-Dillenburg, broer van Willem van Oranje. Daar leerde ze ook haar neef en latere echtgenoot kennen: Willem Lodewijk, de oudste zoon van Jan de Oude. Toen Anna dertien was vertrok ze naar Dordrecht, waar ze werd ondergebracht bij haar stiefmoeder Charlotte van Bourbon, Willems derde echtgenote. Willem Lodewijk streed intussen mee in het leger van haar vader en raakte in Coevorden gewond aan zijn linkerknie, met het gevolg dat hij de rest van zijn leven mank liep.
Vanaf 1581 moeten Anna en Willem Lodewijk hun gevoelens van liefde voor elkaar hebben uitgesproken. Dat blijkt uit de brief die Willem Lodewijk in 1586 aan zijn vader schreef waarin hij meldt dat zijn affectie al Ùtin zijn vijfde jaarÙu is. Zijn vader maakte bezwaar tegen een huwelijk omdat zij volle neef en nicht waren en vooral vanwege de vele schulden van AnnaÙus intussen vermoorde vader. Willem Lodewijk schreef hem dat hij God had gebeden de liefde te blussen indien dit huwelijk niet geoorloofd en schadelijk was, maar dat zijn hart en zinnen standvastig waren en dat een huwelijk kennelijk Gods wil was. Tenslotte gaf zijn vader toestemming en op 2 mei 1587 werd het huwelijkscontract opgesteld. Op 10 november 1587 ging het paar in Delft in ondertrouw en op 25 november vond de bruiloft plaats in Franeker. Anna was gekleed in een Ùtbruidstabbaard van gefriseerd zilveren laken met grote bloemen en hoge mouwen op zijn Frans, met een voorschoot van dezelfde stof met een gouden draad om die bloemÙu (Van Ditzhuyzen, 42). Het paar vestigde zich in Leeuwarden, in het pand aan de Eewal dat sindsdien bekend staat als het Stadhouderlijk Hof. Na een niet goed verlopen zwangerschap stierf Anna, 24 jaar oud, in het huis van jonker Julius van Botnia in Franeker. Het huwelijk had zeven maanden geduurd.
Anna van Nassau werd begraven in de Jacobijnerkerk te Leeuwarden. In 1591 liet Willem Lodewijk een tombe van zwart marmer op de grafkelder plaatsen met daarop een albasten beeld van Anna. De tombe bevat twee inscripties: ÙtMihi Christus in vita et in morte est lucrumÙu (Fil. 1:20) en ÙtHac in carne mea videbo Deum (Job 19). In Willem Lodewijks bezit bevonden zich blijkens een inventaris van december 1597 een Ùtdoodschilderij van haar genadeÙu en Ùthet geschilderd hart van haar genadeÙu. Willem Lodewijk hertrouwde nooit want: Ùtdie alte Affektion war zu grossÙu.