Anne Marie của Orléans là con gái của Philippe của Pháp, Công tước xứ Orléans, em trai của Louis XIV của Pháp, và Henrietta của Anh, con gái út của Charles I của Anh và Henriette Marie của Pháp. Mẹ của Anne Marie, Henrietta đã qua đời tại Lâu đài Saint-Cloud chỉ mười tháng sau khi Anne Marie chào đời. Một năm sau, cha của Anne Marie tái hôn với Tuyển hầu Thân vương nữ 19 tuổi Elisabeth Charlotte xứ Pfalz, thường gọi là Liselotte. Liselotte có mối quan hệ rất thân thiết với các con gái riêng của chồng. Anne Marie có một người em trai khác mẹ là Philippe II, Công tước xứ Orléans, Nhiếp chính tương lai của Pháp, được sinh ra từ cuộc hôn nhân thứ hai của cha. Với tư cách là cháu nội của Louis XIII của Pháp, Vương tôn nữ Anne Marie được hưởng địa vị và đãi ngộ của Petite-fille de France (Cháu gái nước Pháp), đồng thời cũng là một Princess du sang (Tông nữ Pháp).

Anne Marie được mẹ kế mô tả là "một trong những người phụ nữ đáng yêu và đức hạnh nhất".[2]