En novembre 1664, alors que la reine Marie-Thérèse est enceinte, Louis XIV demande à sa dame d’honneur, Mme de Montausier, de lui faire accepter celle que le Roi Soleil a choisie pour favorite : Louise de la Vallière. Face à sa dame d’honneur, la reine se met dans une forte colère au moment où son royal époux arrive sans frapper. Il en résulte une grande surprise de la part de Marie-Thérèse qui lui cause un saignement de nez. Depuis le début du mois de novembre, la reine est fièvreuse et victime de douleurs dans les jambes et le dos. La rage et la tristesse de la reine, impuissante face aux amours du roi, provoquent un accouchement à huit mois de grossesse. Dans de grandes souffrances, la reine met au monde une fille le 16 novembre et semble si faible qu’on craint qu'elle ne survive pas à son accouchement.  Tandis que le roi se désole au chevet de son épouse, la reine mère Anne d'Autriche laisse entendre à sa belle-fille qu'elle doit se résigner au pire. Marie-Thérèse accepte de communier mais dit ne pas vouloir mourrir. Contre toute attente, la reine survie. L'Etat du nouveau-né est plus préoccupant : La petite princesse est baptisée Marie-Anne mais elle est si chétive que beaucoup pensent qu’elle sera vite emportée par la mort. Le duc d'Enghien note : "L'enfant donne toutes les marques de vivre qu'elle peut donner [...] mais étant née dans un mois aussi méchant que le huit, on n'oserait espèrer qu'elle vive". Les médecins notent à son sujet qu’elle est née "noire comme de l’encre de la tête aux pieds". Certains dépeignent l’enfant comme un monstre noir et velu. L’accouchement ayant été fort éprouvant, il semble que Marie-Anne est souffert autant que sa mère et ait eu des difficultés à respirer d’où sa peau violacée à la naissance (et non "noire comme de l’encre"), comme en témoignent ceux qui ont assisté à la délivrance de la reine. La petite princesse meurt  au Louvre le 26 décembre 1664, sans doute au cause de sa fragile constitution et du l'accouchement difficile. Elle est inhumée le 30 décembre dans le crypte de Saint-Denis. Marie-Anne de France est représentée sur le tableau de la famille royale, de Nocret, aux côtés de sa sœur aînée Anne-Elisabeth.

Marie-Anne et sa soeur Anne-Elisabeth (détail du tableau de Nocret, 1670)

Trente-et-un ans plus tard, une femme prénommée Louise-Marie-Thérèse prend le voile au couvent de Moret. De couleur noire, elle se dit fille de sang royal et un jour que le Grand Dauphin chasse près du couvent, elle lance "Voilà mon frère qui chasse". On ne saura probablement jamais si elle avait un lien avec la petite princesse Marie-Anne.