En 1849 Anne contrajo escarlatina junto con sus dos hermanos, y su salud empeoró a partir de entonces, enfermando de lo que se cree que fue tuberculosis,[1]​ y murió dos años más tarde en Worcestershire.

Allí murió con diez años, y fue enterrada en el cementerio de Great Malvern Priory.

Charles Darwin escribió en su diario: "Hemos perdido la alegría de la casa y el consuelo de nuestra vejez... Oh, que ahora pudiera saber cuan profundamente, cuan tiernamente la amamos todavía y la amaremos para siempre (...)".

La estudiosa sobre Charles Darwin E. Janet Browne escribe: "Anne era (...) la niña de los ojos de su orgulloso padre, su hija favorita, le confesó [a su amigo William Darwin Fox].

Alrededor del año 2000, el tataranieto de Charles Darwin, Randal Keynes, descubrió una caja que contenía recuerdos de Anne recolectados por Charles y Emma Darwin.