Après des études au lycée Claude-Monet, Anne-Laure Santucci suit une formation à l'école supérieure d'art dramatique de la rue Blanche (ESADRB). Elle commence sa carrière sur les planches en 2000 en interprétant des rôles dans des pièces de théâtre telles que "Marguerite" d'André Roussin et "La Mère coupable" d'Édouard Bourdet.
En 2004, elle fait ses débuts au cinéma en jouant dans le film "Ma vie en rose" de Manoel de Oliveira, où elle incarne une jeune fille transgenre. Cela lui vaut d'être remarquée et de recevoir le Prix Lumières du meilleur espoir féminin.
Depuis lors, Anne-Laure Santucci a continué à se distinguer dans plusieurs films et séries télévisées françaises. Elle a notamment travaillé avec des réalisateurs reconnus tels que Xavier Giannoli ("Inch'Allah"), François Ozon ("8 femmes") et André Téchiné ("Le Hazard").
Elle est également active dans le doublage et a donné sa voix à plusieurs personnages d'animations, notamment Pocahontas dans la version française de "Pocahontas".
En 2019, elle interprète un rôle principal dans la série télévisée "Ados en herbe", qui retrace l'histoire d'un groupe d'adolescents dans les années 1970. Cette série lui vaut le César de la meilleure actrice dans une série télévisée.
Anne-Laure Santucci a également été engagée dans plusieurs causes sociales, notamment l'égalité des droits entre hommes et femmes et les droits des personnes LGBT+. Elle est également active dans le mouvement "Nous sommes tous des actrices", qui lutte contre le harcèlement sexuel et la discrimination professionnelle dans le monde du cinéma et de la télévision.