Анна Ковальчук с детства занималась гимнастикой, балетом и музыкой. Семья несколько раз переезжала, и она окончила школу в Ленинграде. В 1998 году, еще будучи студенткой Ленинградского института театра, музыки и кинематографии, начала играть в спектаклях Александринского театра и дебютировала в кино в фильме «Любовь зла».

Настоящую популярность ей принесла главная роль в сериале «Тайны следствия» в 2001 году. Впоследствии Анна получила широкое признание за роль Маргариты в экранизации «Мастера и Маргариты» Михаила Булгакова, где демонстрировала свои актерские способности.