O seu futuro marido conheceu-a durante uma viagem que fez pela Alemanha em 1595 e decidiu que se queria casar com ela. Em 1596, Ana e os seus pais estiveram presentes da coroação de Cristiano e o casamento foi arranjado no ano seguinte.
Rainha da Dinamarca
Ana Catarina com o marido Cristiano IV e o filho mais velho de ambos, Cristiano.
Ana Catarina tornou-se rainha da Dinamarca no dia 27 de Novembro de 1597, quando se casou com Cristiano IV. O casamento realizou-se no Castelo de Haderslevhus, no sul da Jutlândia no ano a seguir à coroação de Cristiano. Ana foi coroada em 1598. Juntos tiveram seis filhos, entre os quais o príncipe-eleitor Cristiano que morreu um ano antes do seu pai, e o rei Frederico III que introduziu a monarquia absoluta na Dinamarca. Outro dos seus filhos, o príncipe Ulrico, foi assassinado em 1633. Duas filhas, Sofia e Isabel, e o seu primeiro filho Frederico morreram muito novos.
Apesar de ter sido a primeira esposa do rei Cristiano IV, não se sabe muito sobre a sua vida, talvez porque não parece ter tido grande influência política. Acompanhava frequentemente o rei nas suas viagens e, na sua época, foi elogiada pela sua modéstia e fé. Não existem registos que digam se o casamento foi feliz ou não, mas o seu marido teve amantes perto do seu final, sendo a mais conhecida Kirsten Madsdatter. A construção do Castelo Rosenborg começou enquanto ela era rainha, mas não se sabe até que ponto Ana teve influência na sua construção ou na escolha de interiores. Apesar de ter uma boa relação com o arcebispo luterano, pediu que fosse um vigário calvinista a dar-lhe os últimos sacramentos no seu leito de morte.
Descendência
Ana Catarina, junto de seu filho o príncipe-eleito Cristiano
