Анна Васильева родилась 1 апреля 1981 года в городе Санкт-Петербург. Первое высшее образование после школы получила в Институте телевидения и дизайна, в мастерской Реммеха Сергея Петровича и Мамина Юрия Борисовича. Продолжив образование, Анна Валентиновна окончила продюсерский факультет Российского государственного института сценических искусств.
Дебют в кинематографе в качестве актрисы состоялся в телесериале «Ментовские войны 6» в 2011 году. Позднее снималась в телесериалах: «Я отменяю смерть» в роли работника банковского хранилища; «Морские дьяволы. Смерч», сотрудник контр-террористического центра; «Королева игры» в роли горничной; «Письма на стекле», Света; «Улицы разбитых фонарей-14», сыграв жену Коли Мякиша; «Невский» в роли жены Кравцова.
В 2016 году появилась в эпизодической роли криминального фильма «Шаман. Новая угроза».
На сцене Краснодарского Академического театра драмы имени Максима Горького Васильева представила спектакль «Девочка в хрустальных туфельках» в 2017 году. Красивое музыкальное представление позовет в мир, где добро всегда побеждает зло, где честность и смелость, хорошие дела имеют невероятную силу, а друзья всегда готовы помочь пройти великие испытания, преграждающие путь.
Среди режиссерских работ короткометражные фильмы «Летчик», «Все правильно», «Пазлы». В этих же кинолентах выступила в качестве сценариста и продюсера.
Васильева возглавляет Камерный Театр Комедии «Мельпомена» в городе Санкт-Петербург. На его сцене играла Миссис Сэвидж в постановке «Странная миссис Сэвидж» Дж. Патрик, Генеральшу в «Женском вопросе» Н. Тэффи, Лизу Бричкину в спектакле «А зори здесь тихие», тетю Агату в «Дживс и Вустер», Эрмелину в «Оркестре».