В Петербурге 21 февраля 1816 года обвенчались 23-летний принц Вильгельм Оранский, старший сын короля Нидерландов Вильгельма I, и младшая дочь российского императора Павла I - 21-летняя великая княжна Анна Павловна.

Следует отметить, что еще в 1809 году к Анне Павловне сватался Наполеон через своего посла в России, графа де Коленкура. Посол весьма одобрительно отзывался об этом замысле своего государя: «Она высока ростом для своих лет. У нее прекрасные глаза, нежное выражение лица, любезная и приятная наружность». Но тогда Александр I, сославшись на юный возраст сестры, отказал корсиканцу, а поступи он по-иному, могло бы и не быть войны 1812 года.

Свадьбу сыграли довольно скромную для августейших особ. В июле 1816 года супруги прибыли в Нидерланды. Анна Павловна занялась изучением нидерландского языка, литературы и истории Нидерландов, много заботилась об учреждении учебных заведений для детей из бедных семей. Под ее покровительством было основано до 50 таких приютов. Принцесса Оранская собирала документы о связях Нидерландов и России.

Через некоторое время супруги из Гааги переехали в Брюссель. На новой родине великую княжну называли Анна Русская. Ее супруг не владел хорошо нидерландским языком, и Анне приходилось общаться с ним по-французски. После приезда в Нидерланды Анна Павловна вела интенсивную переписку с матерью вплоть до ее смерти в 1828 году.

Супруги испытывали друг другу дружественные чувства. Их объединял интерес к живописи. В браке Анна родила четверых сыновей и дочь. В честь рождения старшего сына в 1817 году король подарил Анне домик Петра I в городе Зандам, где русский царь жил в 1697 году во время пребывания в Голландии с Великим посольством.

По приказанию Анны Павловны для ветхого строения был построен каменный футляр по образцу сооруженного императрицей Екатериной II покрытия для Домика Петра в Санкт-Петербурге. У Анны Павловны не сложились хороших отношений с родителями мужа, особенно с королем, ревновавшим своего сына из-за его теплых отношений с императором Александром I.

В 1820 году резиденция супругов в Брюсселе сгорела. Было уничтожено большинство вещей, которые Анна Павловна привезла из России. По распоряжению вдовствующей императрицы ее дочери были высланы семейные портреты, книги, драгоценности, одежда.

Осенью 1824 года принц и принцесса Оранские прибыли в Российскую империю с официальным визитом, который продлился почти год. Уехали супруги в конце лета 1825 года. Осенью 1825 года из письма матери Анна узнала о кончине брата-императора, который был близок великой княжне. Супруг Анны выехал в Россию, где присутствовал на похоронах.

В 1828 году скончалась вдовствующая императрица Мария Федоровна, мать Анны. На похоронах она не присутствовала. В 1833 году супруги вновь приехали в Россию вместе со старшим сыном.

В 1830 году бельгийский национальный конгресс провозгласил независимость от Нидерландов и представители династии Оранских, которые впредь не могли занять бельгийский престол, вынуждены были выехать за границу. Анне Павловне и ее супругу пришлось покинуть их недавно выстроенный новый дворец в Брюсселе. В 1840 году король Виллем I отрекся от престола. Анна Павловна с супругом стали нидерландскими монархами.