Figlia del grande attore romano Gabriele, che ha lavorato con registi del calibro di Sergio Leone, Antonioni e Soldati, Anna Ferzetti, bionda, occhi verdi e viso pulito, ha da subito scelto la strada dello spettacolo. Dopo aver studiato musical, danza e cinema a Vienna, lavora molto in teatro e parallelamente in tv, dove esordisce con Stiamo bene insieme di Sindoni, fino ad avere dei piccoli ruoli ne Il maresciallo rocca 4, Il commissario Rex di Costantini, Pane e libertà di Negrin, Ultimo di Soavi e Il tredicesimo apostolo di Alexis Sweet. Al cinema, invece, Anna lavora a delle piccole parti per Benigni in La tigre e la neve, Ozpetek in Un giorno perfetto, Due vite per caso di Aronadio e Sul mare di Alessandro D'Alatri.

Il successo di pubblico arriva, comunque, con Una mamma imperfetta, serie tv e webserie scritta e diretta da Ivan Cotroneo, andata in onda sulla Rai, nel 2013, per due stagioni. Qui, Anna interpeta una delle "mamme imperfette" amiche di Chiara (Lucia Mascino), protagonista alle prese con il difficile ruolo di donna che deve conciliare famiglia e lavoro. Nel cast, anche Alessia Barela e Vanessa Compagnucci. Il successo della serie di Cotroneo è tale che è stata girata una puntata speciale di novanta minuti Il Natale della mamma imperfetta, evento al cinema solo il 17 dicembre 2013.
Negli ultimi anni ha partecipato a diversi film, tra cui Il colore nascosto delle cose di Soldini, Domani è un altro giorno di Simone Spada e Tutti per 1 - 1 per tutti di Giovanni Veronesi. Nel 2022 la vedremo nella serie di Ozpetek Le fate ignoranti.
Da diversi anni, Anna Ferzetti è la compagna di Pierfrancesco Favino, con il quale ha avuto due figlie.