O antigo Sanatório de Sant'Ana destaca-se pela sua longa fachada, paralela à Avenida Marginal, que revela o gosto eclético da arquitetura portuguesa do início do século XX, ao qual se alia uma profunda capacidade funcional, bem expressa na articulação de espaços, serviços e equipamentos.

A iniciativa para a sua edificação partiu de Amélia e Frederico Biester, depois sucedidos por Claudina Chamiço. O Dr. Sousa Martins foi o primeiro responsável clínico pelo projeto, coordenado pelo arquiteto Rosendo Carvalheira. Iniciado em 1901, teria a primeira ala inaugurada três anos depois, muito embora apenas fosse totalmente concluído em 1912.

O edifício desenvolve-se numa planta em forma de cruz de Lorena sem a haste vertical. Na monumental fachada virada ao mar importa destacar os seus azulejos, cantarias e grades de ferro, que expressam o extraordinário cuidado no desenho do pormenor. É, ainda, dotado de uma magnífica capela decorada por pintura mural de gosto neobizantino. No interior, reveste-se de especial interesse o espaço correspondente ao primitivo Jardim de inverno, sala definida por três corpos, articulados por arcos de volta perfeita e decorados com painéis de azulejo de inspiração Arte Nova, da autoria de Jorge Pinto.

O sanatório foi pioneiro ao nível da ventilação, pelo que para se conseguir uma distribuição do ar marítimo por todo o edifício o chão das enfermarias e de outras salas possui uma grelha metálica central que recebia o ar puro. Este elevava-se até um teto com algum aerodinamismo, dotado de duas grelhas. No sótão, duas torres por enfermaria faziam o escape do ar circulante. Também nas coberturas, com uma imagem de sugestões orientalizantes, grelhas de madeira sob beirados permitiam a circulação de ar. Junto às enfermarias, existem, ainda, quadros de controlo de entradas e saídas de ar para se coordenarem as condições interiores com as variações climáticas externas.

A sua longa história acompanha a evolução da medicina portuguesa, nomeadamente no combate à tuberculose óssea e, depois, no desenvolvimento da ortopedia. Com a guerra colonial, a partir de 1961 começaram a chegar os acidentados, que foram instalados num pavilhão da Cruz Vermelha, onde os tratamentos de recuperação eram efetuados pelas técnicas do sanatório. Quando o pavilhão foi desocupado, no início da década de 1970, montou-se uma oficina ortopédica para a produção das ortóteses necessárias aos doentes. Por morte de Claudina Chamiço o Sanatório foi entregue à Santa Casa da Misericórdia de Lisboa, aí funcionando ainda hoje o Hospital Ortopédico de Sant'Ana.