Anna Tsuchiya a commencé sa carrière musicale en 2003, lorsqu'elle a été remarquée par Hideaki Anjo, un producteur de la compagnie discographique Sony Music Entertainment Japan. Elle a signé son premier contrat avec cette dernière et a sorti son premier single, "Aoi Tsuki no Alice", en octobre de la même année.
En 2004, Anna Tsuchiya sort un autre single, "Fly to the Angelland". Cependant, c'est son troisième single, "R.Y.U.CO.", qui connaît le plus grand succès et lui permet de percer réellement dans l'industrie musicale japonaise. Elle sort son premier album studio, "Chi no Hana", en 2005, qui se vend à plus d'un million d'exemplaires.
En plus de sa carrière solo, Anna Tsuchiya a participé à plusieurs projets musicaux parallèles. En 2006, elle forme le duo Tsuchiya-Ueda avec Yukiko Ueda, une autre chanteuse japonaise. Ils sortent un album intitulé "Kizu Darake" en décembre 2006.
En 2014, Anna Tsuchiya rejoint le groupe de rock japonais Dir en Grey en tant que chanteur en remplacement d'Shiryu. Elle est la première femme à être membre du groupe depuis sa formation en 1997.
Outre sa carrière musicale, Anna Tsuchiya a également fait des apparitions dans plusieurs films et séries télévisées. En 2006, elle joue le rôle principal de la série télévisée "Shimokita no Yasahime". Elle a également fait une apparition dans le film d'horreur japonais "Sadako vs Kayako" en 2016.
Enfin, Anna Tsuchiya est connue pour être très active sur les réseaux sociaux et pour avoir une relation étroite avec ses fans. Elle communique souvent avec eux via Twitter et Instagram, et elle a même organisé des événements en direct sur Internet pour faire partager son expérience créative avec ses fans.