Nasceu em Almendral (Ávila) em 10 de outubro de 1549. Viveu sua adolescência no trabalho dos campos, mas já nessa época foi privilegiada com grandes graças de ordem mística.

Em 1570, aos 21 anos, entrou nas carmelitas descalças do primeiro mosteiro de São José de Ávila, tornando-se a primeira religiosa conversa da Reforma e muito querida por Santa Teresa d’Ávila. A grande reformadora do Carmelo a admitiu à profissão em 15 de agosto de 1572, tornando-a imediatamente sua assistente e companheira de viagem.  Por ordem de Santa Teresa, aprendeu quase prodigiosamente a escrever.

Teve a consolação de assistir Santa Teresa até ao último dia. A santa quis morrer em seus braços, em 4 de outubro de 1582, em Alba de Tormes. Ana de São Bartolomeu prosseguiu sua vida conventual em Ávila, Madri (1591) e Ocaña (1595). Em 1604 passou à França com Ana de Jesus e outras quatro carmelitas, para ali iniciar a reforma da Ordem. Na França, foi eleita priora de Pontoise (1605) e Tours (1608).

Retornou a Paris em 1611 e recebeu permissão para passar a Flandres e colocar-se sob a direção dos carmelitas descalços. Após uma estadia de um ano em Mons, na Bélgica, partiu em 1612 para fundar um mosteiro em Anvers, onde viveu os últimos quatorze anos da sua vida, cercada pela estima dos arquiduques e do povo de Anvers, que suas orações libertaram da ocupação certa dos hereges.

Morreu nessa grande cidade belga em 7 de junho de 1626.

A cerimônia de beatificação aconteceu em 6 de maio de 1917.