Après avoir commencé sa carrière sur scène, elle a eu son premier rôle au cinéma en 2001 dans le film "The Princess Diaries". Son interprétation de Mia Thermopolis dans cette comédie romantique a fait d'elle une star à l'instant et lui a valu un Teen Choice Award.
En 2005, elle a joué dans la comédie dramatique "Brothers and Sisters", pour laquelle elle a été nominée pour un Golden Globe. L'année suivante, elle a obtenu le rôle de Felicity Shagwell dans le film "Get Smart" aux côtés de Steve Carell et de Ben Stiller.
En 2008, Anna Marie Hathaway a interprété une autre icône de l'histoire des cinématographiques, cette fois celle de Catwoman dans le film Batman : The Dark Knight. Elle a ensuite joué dans plusieurs autres films tels que "Valentine's Day", "Alice in Wonderland" et "One Day".
En 2012, elle a incarné Fantine dans le film musical "Les Misérables", pour laquelle elle a reçu une nomination à l'Oscar de la meilleure actrice. L'année suivante, elle a joué le rôle de Sloane Sabbathia dans la comédie dramatique "The Intern".
En 2017, elle a interprété le personnage principal du film "Colossal" et en 2018, elle a tenu le premier rôle féminin dans "Ocean's 8". En 2020, elle a joué dans la comédie romantique "The Witches", qui s'est malheureusement vu refuser une sortie en salle à cause de la pandémie de Covid-19.
Anna Maria Hathaway est également connue pour son engagement politique et humanitaire. Elle soutient notamment des causes telles que le changement climatique, les droits LGBT et la lutte contre la pauvreté. En 2018, elle a rejoint le mouvement Time's Up en tant qu'ambassadrice.
Elle est mariée à l'acteur Adam Shulman depuis 2012 et ils ont deux enfants ensemble.