Fu la terza figlia del Granduca Cosimo III di Toscana e della Principessa Marguerite-Louise d'Orléans e l’ultima rappresentante della illustre casata fiorentina. Con lei ancora vivente, il dominio dei Medici venne assegnato dapprima a Carlo di Borbone, futuro re di Spagna, poi a Francesco I di Lorena che nel 1737 ne assunse la sovranità e, rimanendo quasi sempre a Vienna, governò per mezzo di un consiglio di reggenza.

Nel 1691 Anna Maria Luisa divenne la seconda moglie di Giovanni Carlo Guglielmo I, Principe Elettore del Palatinato. Durante i festeggiamenti un testimone oculare la descrisse come «straordinariamente amante del fasto e molto dignitosa. Era alta, chiara di carnagione, aveva gli occhi grandi ed espressivi, neri come i capelli; bocca piccola e labbra carnose, denti bianchi come l'avorio; aveva una voce maschia e rideva rumorosamente.» (questa citazione e le successive sono tratte da Harold Acton, Gli ultimi Medici, Torino, Einaudi 1987)

Con il matrimonio conseguì quindi il titolo di Elettrice Palatina, ma ereditò anche dal marito «il male della conchiglia di Venere» (la sifilide) che la rese sterile.

Alla morte del marito (1716) fece ritorno a Firenze, ma rifiutò altezzosamente la posizione di Reggente che le era stata offerta. Rimase comunque nella sua città fino alla morte, trascinandosi nei suoi magnifici palazzi, pallido fantasma dell’antica grandezza della sua Casa, straniera nella sua terra. Continuava infatti a vivere nei suoi appartamenti a Pitti, da dove si dedicava all'arte e all'antiquariato, conducendo ciò nonostante una vita quasi da reclusa, salvata da «una profonda fede che la portava lontano dalla situazione del momento e ancora più lontano dallo spirito dei suoi tempi. Finché visse volle mantenere le splendide illusioni e convenzioni, ricevendo pochi visitatori privilegiati, col portamento grave e solenne, diritta come una colonna, sotto un grande baldacchino nero.»

Un contemporaneo così la descrisse nell’ultima parte della sua vita: «La mobilia della sua camera da letto era tutta d’argento: tavole, sedie, panchetti, paraventi. Più ricca, singolare, straordinaria, dice un nobile autore, che bella. Per alcuni anni prima della sua morte non usciva mai se non per andare in Chiesa o a volte per veder Firenze di sera; quelle volte andava su una carrozza a otto cavalli, scortata da una guardia.»

In un ambito soprattutto continuò, regalmente, nel segno dei suoi avi: collezionò opere d'arte, assegnò una definitiva sistemazione alle Tombe Medicee, fece costruire il campanile della basilica di San Lorenzo. Ma l’impresa per la quale viene principalmente ricordata fu la decisione, agli albori dell’Età dei Lumi, di usare la nuova arma del Diritto per difendere il patrimonio artistico di Firenze impedendone la dispersione.

Anna Maria Luisa, infatti, concepì la Convenzione con Francesco Stefano di Lorena, firmata il 31 ottobre 1737 e più nota come Patto di Famiglia, secondo la quale le opere d’arte raccolte dai Medici venivano consegnate al nuovo Granduca a condizione che rimanessero vincolate per sempre alla città di Firenze e allo Stato di Toscana («a condizione espressa che di quello che è per ornamento dello Stato, per utilità del pubblico e per attirare la curiosità dei Forestieri, non ne sarà nulla trasportato e levato fuori dalla Capitale e dello Stato del Gran Ducato»). L’ultima clausola del patto, perciò, fece sì che Firenze non subisse la sorte di Mantova o di Urbino, città che all'estinzione della casata dei Gonzaga o dei Della Rovere furono svuotate dei loro tesori artistici e culturali.

Se dobbiamo condividere il giudizio di Jacob Burckhardt (La civiltà del Rinascimento in Italia,1860) a proposito del ruolo svolto dai Medici all’inizio della gloriosa vicenda della dinastia («se cerchiamo di analizzare il fascino esercitato su Firenze e sui loro contemporanei dai Medici del Quattrocento, e specialmente da Cosimo il Vecchio, morto nel 1464, e da Lorenzo il Magnifico, morto nel 1492, vediamo che era dovuto meno alla loro abilità politica che al merito di essere stati alla testa della cultura del tempo»), possiamo leggere nel Patto di Famiglia una degna conclusione della storia del casato: il successo conseguito da Anna Maria Luisa nel mettere al sicuro la parte più significativa e preziosa dell’eredità dei suoi avi.

Un suo ritratto di grandi dimensioni si trova all’ingresso della Galleria degli Uffizi e una sua statua è posta sul retro di San Lorenzo. La città di Firenze, riconoscente, le ha dedicato una mostra dal titolo La principessa saggia. L’eredità di Anna Maria Luisa de’ Medici, Elettrice Palatina,(Palazzo Pitti; 23 dicembre 2006-15 aprile 2007). In questa occasione è stato pubblicato per la prima volta l’intero testo del Patto di Famiglia.