Prinses Annemarie is geboren op 18 december 1977 in Den Haag als dochter van Ank en Hans Gualthérie van Weezel. Annemarie heeft een zus, Constance, en een broer, Lodewijk.

Annemarie verlooft zich in oktober 2009 met prins Carlos. Het paar trouwt op 12 juni 2010 in Wijk bij Duurstede voor de burgerlijke stand. De kerkelijke inzegening wordt uitgesteld vanwege het overlijden van prins Carlos Hugo, de vader van Carlos. Het kerkelijk huwelijk vindt uiteindelijk plaats op 20 november 2010 in de Abdij Ter Kameren in Brussel.

Het paar heeft drie kinderen: prinses Luisa Irene (2012), prinses Cecilia (2013) en prins Carlos jr. (2016).