W 1661, w wieku 17 lat, Henryka Anna poślubiła swojego kuzyna – Filipa I Burbona, księcia Orleanu (brata króla Ludwika XIV). Ślub miał miejsce 31 marca, w kaplicy Palais-Royal – w Paryżu. Małżeństwo to nie należało do szczęśliwych. Filip był chorobliwie zazdrosny o żonę, znęcał się nad nią i wolał towarzystwo mężczyzn niż Henryki Anny - jego faworyci otwarcie z niej kpili. Henryka Anna zaprzyjaźniła się za to z Ludwikiem XIV i stąd pojawiły się plotki, jakoby oni dwoje mieli romans. Użyła swojego wpływu na króla, aby doprowadzić do wygnania jednego z ulubieńców Filipa. Kiedy jedną z jej dam dworu została Ludwika de La Vallière, Henryka Anna odeszła na dworze królewskim w zapomnienie. Ludwik XIV poznał Ludwikę u swojej szwagierki i zakochał się w niej - miał z nią nieślubne dzieci. Natomiast Henryka Anna z kolei zaprzyjaźniła się z Olimpią Mancini, siostrzenicą kardynała Mazarin. Zmarła młodo, a Ludwik XIV wtedy przypomniał sobie o niej i rozpaczał po niej bardziej, niż jej mąż.