בשנת 1905 מת חמיה אדולף, הדוכס הגדול של לוקסמבורג, ובעלה עלה לשלטון במקומו כוילהלם הרביעי, הדוכס הגדול של לוקסמבורג. באותה שנה מת גם דודו של בעלה ניקולאוס וילהלם, נסיך נסאו, ומשום כך לא נותרו זכרים אחרים בבית נסאו-ויילבורג, מלבד בן דודו - גאורג ניקולאוס, רוזן מרנברג, שנולד בנישואים מורגנטים. בשנת 1907 העביר בעלה וילהלם חוק שמנע מבן דודו לעלות לשלטון בלוקסמבורג, ומאידך התיר לבנות לרשת את השלטון. החל משנת 1908 החמיר מצבו של בעלה, ומריה אנה שימשה כעוצרת בשמו. בשנת 1912 מת בעלה וילהלם הרביעי, הדוכס הגדול של לוקסמבורג, ובתה מארי אדלייד, הדוכסית הגדולה של לוקסמבורג עלתה לשלטון במקומו, תוך שמריה אנה משמשת כעוצרת לזמן קצר עד לבגרותה. לאחר מלחמת העולם הראשונה התפטרה בתה מארי אדלייד מהשלטון, ובתה שארלוט, הדוכסית הגדולה של לוקסמבורג עלתה לשלטון במקומה. לאחר הפלישה הגרמנית ללוקסמבורג במהלך מלחמת העולם השנייה ברחה מריה אנה יחד עם משפחתה לבריטניה, ומשם המשיכו לארצות הברית, שם מתה מריה אנה בניו יורק ב-31 ביולי 1942.