Enfant prodige du piano, elle débute à l'âge de six ans au conservatoire royal de Bruges. Après avoir obtenu son diplôme, elle s'installe à Paris pour poursuivre ses études musicales. Elle y rencontre des producteurs qui lui permettent de commencer sa carrière dans la chanson française.
En 2008, elle remporte le concours " La Découverte " sur TF1 et sort son premier album "Premier plan" en 2010, qui se vendra à plus d'un million d'exemplaires. Le succès est immédiat avec des titres comme "Croire en toi", "Premier plan" et "J'ai besoin de toi".
En 2012, elle sort son deuxième album "Toutes les Femmes de France", qui s'impose dans le Top 5 des ventes. En parallèle, Anne-Marie Deresse a également poursuivi une carrière solo et participé à divers projets musicaux, notamment en duo avec Grégory Lemarchal sur la chanson "Je t'ai dans ma tête" qui connaîtra un succès important.
En 2016, elle sort son troisième album "Mademoiselle", qui est certifié disque de platine. L'année suivante, elle participe à l'émission The Voice Belgique en tant que coach, où elle retrouve ses racines belges et découvre de nouveaux talents.
En 2018, elle sort son quatrième album "Comme une Mère", qui est également certifié disque de platine. L'album est marqué par la naissance de sa fille et l'évolution de ses thèmes musicaux vers un style plus intimiste.
En 2019, elle participe à l'émission "Même le chat n'est pas en or" sur France 2 en tant que coach, où elle partage son expérience avec des artistes en difficulté et leur permet de retrouver leur estime.
En parallèle de sa carrière musicale, Anne-Marie Deresse est également engagée dans diverses actions humanitaires et participe à plusieurs événements pour soutenir les enfants en situation de pauvreté ou de violence. Elle est ainsi l'ambassadrice de l'association "Enfant du Monde" depuis 2017.