O pintor Hans Holbein, o Jovem foi então contratado para efetuar um retrato de Ana, cujo resultado em muito agradou a Henrique VIII.
A escolha da sua nova cônjuge foi feita através de um retrato. Puseram-lhe à frente as imagens das duas filhas solteiras do duque, Ana e Amélia, e depois de as observar atentamente, o rei optou por Ana, que lhe parecia mais bonita.
Ana pintada por Barthel Bruyn, o Velho, c. 1540.
Quando Ana chegou à Inglaterra, ficou evidente o talento de Holbein, pois a pintura superava o modelo em atributos físicos. Ana não era uma mulher bonita e tinha a cara coberta de cicatrizes de varíola, prontamente disfarçadas no retrato. Henrique VIII ficou desconsolado com a escolha da noiva desde o primeiro momento, mas apesar disso se casou com Ana em 6 de janeiro de 1540, em Greenwich.
Uma das aias designadas para Ana foi Catarina Howard, uma jovem de quinze anos com quem o rei iniciou uma relação amorosa quase de imediato. O casamento com Ana foi anulado a 9 de julho do mesmo ano, com base na não consumação, e pouco depois Henrique VIII casou-se com Howard.
Ana decidiu ficar na Inglaterra e foi generosamente recompensada pelo incômodo do divórcio. Henrique VIII conferiu-lhe uma pensão, o usufruto do Castelo de Hever e os títulos de Princesa da Inglaterra e Irmã do Rei.
No fim da vida, Ana converteu-se ao Catolicismo e tornou-se confidente das enteadas Maria e Isabel. Ela está enterrada na Abadia de Westminster.
O papel de Ana de Cleves foi interpretado por Elsa Lanchester em The Private Life of Henry VIII, que foi lançado em 1933. O marido de Elsa, Charles Laughton, interpretou Henrique VIII e ganhou o Oscar de melhor ator por sua interpretação. O filme recebeu uma indicação de melhor filme, o primeiro de uma filmagem feita fora dos Estados Unidos.
Foi interpretada por Elvi Hale na série da BBC The Six Wives Of Henry VIII, de 1971.