Анна Богалий родилась 12 июня 1979 года в городе Вологда. Выпускница Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры имени П.Ф.Лесгафта 2004 года, Сибирского государственного университета путей сообщения 2007 года. Первый тренер по биатлону - П.Подшивалов.
В сборной команде России с 2000 года. Тренер в сборной - Валерий Польховский.
Выступала за ВФСО «Динамо», РФСО «Локомотив», г.Мурманск и г.Новосибирск. Личный тренер - Александр Никифоров. Тренер по стрелковой подготовке - Геннадий Челюканов.
Чемпионка Европы по летнему биатлону 2001 год - спринт. Чемпионка России по летнему биатлону 2001 года.
В 2001 году была удостоена звания Заслуженный мастер спорта по биатлону. Трёхкратная чемпионка мира в эстафетах 2001 и 2005 и в смешанной эстафете 2006. Участница Олимпийских игр 2002 года. Также в её активе 3 серебряные медали чемпионатов мира и одна бронзовая. Чемпионка Европы 2003 и 2005 годов - эстафета 4х6 км. Бронзовый призер чемпионата Европы 2005 года - спринт на 7,5 км, гонка преследования на 10 км, индивидуальная гонка на 15 км.
Чемпионка России 2004, 2010 годов - эстафета 4х6 км, 2012 года - индивидуальная гонка на 15 км. Серебряный призер чемпионата России 2011 года - масс-старт на 12,5 км, 2012 года - гонка преследования на 10 км, бронзовый призер чемпионата России 2011 года - спринт на 7,5 км, 2012 года - эстафета 4х6 км.
Серебряный призер малых Кубков мира 2004 год - индивидуальная гонка на 15 км, масс-старт на 12,5 км.
Лучший результат в зачёте Кубке мира - 5 место в 2004 году. Выиграла 3 этапа Кубка мира в личных гонках.
На Зимних Олимпийских играх 2006 и 2010 годов выиграла золотую медаль в эстафете.
После неудачного чемпионата мира 2007 года спортсменка на этапах Кубках мира не выступала. Сезон 2008-09 пропустила в связи с беременностью. 12 февраля 2009 у Анны и её мужа Максима Титовца родился сын Максим.
В мае 2009 года Анна Богалий приняла решение возвратиться в большой спорт и побороться за место в составе сборной России на Олимпиаде в Ванкувере. Возвращение оказалось удачным. Уже в первой гонке на этапе Кубка мира в Поклюке Анна заняла шестое место, а в последующих гонках взошла на подиум - второе место в спринте и третье место в преследовании. На Олимпиаде в Ванкувере в составе женской эстафетной команды выиграла золотую медаль и стала двукратной олимпийской чемпионкой.
В 2012 году Анна Богалий приняла решение о завершении спортивной карьеры.
В ноябре 2015 года переехала жить в Москву после её назначения на пост советника губернатора в представительстве Новосибирской области.
Награждена орденом Дружбы - за большой вклад в развитие физической культуры и спорта, высокие спортивные достижения на Играх XXI Олимпиады 2010 года в Ванкувере. Награждена медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени -за заслуги в развитии физической культуры и спорта и многолетнюю добросовестную работу. Почетный железнодорожник - за достижение высоких спортивных результатов.