В 1678 году 20-летний Иоганн женился на сестре императора Леопольда I Марии Анне Йозефе Австрийской. В этом браке родилось два сына, но оба умерли при рождении. В 1689 году Мария Анна Йозефа умерла от туберкулеза во время пребывания при императорском дворе в Вене. Отец Иоганна Вильгельма еще при жизни уступил ему герцогства Юлих и Берг в 1679 году, а после смерти Филиппа Вильгельма, в сентябре 1690 года, его сын становится курфюрстом.

Иоганн Вильгельм и Анна Мария Луиза поженились по доверенности 29 апреля 1691 года во Флоренции. За этим последовала череда обычных свадебных банкетов с шествиями, театральными постановками и рыцарскими турнирами. После чего, 6 мая 1691 года, принцесса в сопровождении брата Жана Гастона уехала в Дюссельдорф. Тогда это была столица государств ее мужа: герцогства Юлих, герцогства Берг и с 1690 по 1716 год Пфальцского электората. Но Иоганн Вильгельм неожиданно оказался в Инсбруке, ему хотелось поскорее увидеть свою красавицу-жену. Там они встретились и поженились официально.

Тем временем Пфальц стал полем битвы между Людовиком XIV, который от имени своего брата Филиппа занял город Филипсбург, и императором Леопольдом, защищавшим права Иоанна Вильгельма. Только договор, подписанный во дворце города Рейсвейка в 1697 году, положил конец девятилетней войне между Людовиком XIV и лигой Габсбургов. Иоганн Вильгельм добился возвращения территорий Пфальца, принадлежавших ранее его семье и оккупированных Францией. Он не захотел больше возвращаться в Гейдельберг и прожил остаток жизни в своем родном городе Дюссельдорфе.

Брак Анны Марии Луизы и Иоганна Вильгельма был счастливым и гармоничным, супруги сразу полюбили друг друга. Иоганн Вильгельм влюбился в свою невесту сразу, как только увидел ее портрет, и оригинал его не разочаровал. У них было много общих интересов: любовь к искусству, музыке, театру, поэзии и литературе. Оба были умные, образованные и утонченные личности с хорошими манерами. Они собрали вокруг себя блестящий двор и покровительствовали многим художникам, скульпторам, писателям и поэтам. Анна Мария Луиза привезла из Флоренции свои любимые драгоценности из жемчуга и редкую мебель из эбонита, украшенную самоцветами.

Один из шкафчиков был подарком Козимо III Медичи своему зятю. Он сделан из черного дерева и украшен панелями из полудрагоценных камней в стиле флорентийской мозаики и рельефа, с миниатюрной статуей жениха в небольшой центральной нише и короной Иоанна Вильгельма Пфальцского. Анна Мария Луиза получила в подарок на свадьбу много других украшений из драгоценных камней и милых безделушек из жемчуга с позолотой и полудрагоценными камнями, которые изображают животных, птиц, насекомых, морских обитателей, людей. Среди них примечательна маленькая позолоченная колыбелька с фигуркой новорожденного внутри, сделанная из жемчуга неправильной формы. Это было пожелание Анне Марии Луизе родить в скором времени курфюрсту наследника, но ребенок так никогда и не родился.