W 1970 spotykała się z Andrew Parkerem Bowlesem, który następnie ożenił się z Camillą Shand, późniejszą żoną jej najstarszego brata, Karola.
W styczniu 1973 media poinformowały o związku Anny z Markiem Phillipsem, mistrzem olimpijskim w jeździectwie. Ich zaręczyny ogłoszono 29 maja 1973. Para pobrała się 14 listopada 1973 w opactwie westminsterskim, transmisję telewizyjną z ich ślubu oglądało 500 mln widzów. Odrzucili propozycję przyjęcia tytułów szlacheckich od królowej, dzięki czemu ich dzieci mogły być wychowane jako zwykli obywatele. Z tego małżeństwa ma dwoje dzieci: Piotra (ur. 16 listopada 1977), który jest pierwszym wnukiem królowej Elżbiety II i zarazem pierwszym wnukiem brytyjskiego monarchy urodzonym bez tytułu szlacheckiego, i Zarę (ur. 15 maja 1981). Mieszkała z mężem w Oal Grove House w Sandhurst, a w 1976 przeniosła się z rodziną do rezydencji Gatcombe Park.