Анна Ковальчук родилась15 июня 1977 года в городе Нойштрелитце на территории ГДР родилась Анна Ковальчук и стала вторым ребенком в семье педагогов. Мама работала заведующей детским садом, отец был преподавателем. Дедушка был директором школы. У Анны есть старший брат Павел.
Анна с детства стремилась к искусству, увлекалась гимнастикой, балетом, научилась играть на фортепиано и гитаре. Анна Ковальчук вместе с семьей несколько раз переезжала, они жили в Ереване и Москве, а школу она заканчивала в Ленинграде. Успешно занимаясь точными науками, Анна отдала документы в Ленинградский политехнический институт на факультет кибернетики.
В Ленинградском институте театра, музыки и кинематографии экзамены начинались раньше, поэтому Анна из любопытства пошла с подругой, попытать счастья. Мама одобрила выбор дочери стать актрисой. Сначала надо было пройти собеседование на культурные темы (выставки и премьеры), Анна решила обратиться к самому продвинутому абитуриенту Анатолию Ильченко, заглянув в его голубые глаза, она в них так и утонула. Анна и Анатолий стали учиться на одном курсе Анатолия Шведерского. Их дружеские отношения постепенно переросли в любовь, они стали снимать комнату в коммуналке. Еще, будучи студенткой Ковальчук пригласили в труппу театра им. Ленсовета. Окончив институт, Анна и Анатолий расстались. Молодой человек уехал в Москве и попал в театр на Юго-западе. Они не виделись год, который показал, как им трудно друг без друга. 8 марта 1999 года Анатолий прислал анне открытку и золотое кольцо. Анна уехала в Москву. Встретившись, после разлуки они решили пожениться. Свадьбу сыграли летом. Отец Анны Ковальчук, выйдя на пенсию, занялся нефтяным бизнесом. Он помог Анатолию, устроил его в свой бизнес, таким образом, у них было небольшое семейное дело. Но вскоре он променял бизнес на театр «Коммедианты». Несколько раз снялся в кино в небольших ролях, Анна же в это время стала одной из ведущих актрис театра Ленсовета. В кино Анна впервые появилась в 1999 году в лирико-комедийной картине режиссера Владимира Зайкина «Любовь зла». Однако настоящая популярность пришла к актрисе 2001 году, после роли следователя Маши Швецовой в сериале «Тайны следствия». Чтобы получить эту роль, Ане пришлось схитрить и добавить себе возраст. По сценарию, Швецовой должно быть за тридцать, а Анне на тот момент было всего 22 года. Ей настолько хотелось сыграть эту роль, что она сказала режиссеру, что ей 29. Анна отрезала себе челку, чтобы казаться взрослей. В жизни Анна не только моложе, но и жизнерадостней своей героини, поэтому вживаться в роль следователя было нелегко. Помощь Анна получила от сценаристки Елены Топильской, которая была, по сути, прообразом Маши Швецовой. Анна успешно справилась с ролью. Мария Швецова – очень женственна и умна, в работе строга и справедлива. Ее обаяние украшает весь фильм. После первых отснятых серий «Тайн следствия» оказалось, что Анна беременна, режиссер уговорил актрису рожать практически в кадре . В ответственный момент с Анной был ее муж Анатолий, таким образом дочка с первых минут жизни стала актрисой. Сейчас ребенок растет прямо в кадре. Для Златы Ильченко специально прописывают сцены с ее участием.
Актриса несколько лет была Марией Швецовой и буквально сроднилась с ней. Они даже влияли друг на друга. Анна боялась, что останется актрисой одной роли. Но на ее красоту и талант обратил внимание режиссер Владимир Бортко, решивший экранизировать легендарный роман Булгакова «Мастер и Маргарита». Бортко показалось, что актриса похожа на жену Булгакова Елену Сергеевну, и у нее черты лица женщин той эпохи. Актриса мечтала о такой роли и боялась одновременно. Вокруг романа много сверхъестественных слухов, но тут ее поддержал муж, сказав, что такой шанс предоставляется судьбой только раз. К тому же режиссер позвал священника для благословления процесса съемок. Съемки «Мастера и Маргариты» закончились в 2005 году. Совместная жизнь Анны и Анатолия тоже закончилась, появились слухи о том, что без нечистой силы здесь не обошлось, но Анна призналась, что их отношения сошли на нет раньше, и официальный развод был отложен до конца съемок. Будучи свободной, Анна познакомилась с бизнесменом Олегом Капустиным. Два года встреч закончились свадьбой. Они поженились в Санкт-Петербурге 1 декабря 2007 года, на бракосочетание были приглашены только родственники и близкие друзья. После торжества новобрачные улетели в Прагу. 30 апреля 2010 года у Олега и Анны появился сын, которого назвали Добрыней.
Снова роль прекрасной ведьмы, на сей раз возлюбленной Воланда Геллы, Анна сыграла в мюзикле «Мастер и Маргарита». Также интересными работами в кино являются роли Софьи Федоровны Колчак в фильме «Адмирал», княжны Анастасии Трубецкой в исторической драме «Петр Первый».
В продолжении сериала героиня похожа на саму Анну, у нее состоятельный муж (муж Анны Олег госслужащий) и двое детей. Казалось, что все надоело, и уже все сняли, но сценаристы написали новые истории и новые повороты сюжета. Мама актрисы, слушая ее недовольство, обещала поссориться с дочерью, если она откажется сниматься. Теперь Анна Ковальчук воспринимает роль Маши Швецовой подарком судьбы. Фильм «Тайны следствия» принес Анне Ковальчук приз «За воплощение образа положительного героя» на Международном правовом кинофестивале «Закон и общество»
В свое время Анна вела передачу «Субботник» на телеканале «Россия-1» целый год. Свободное время она старается посвящать детям, еще она любит читать, вязать, заниматься дизайном интерьера. Дочь актрисы Злата с детства занимается конным спортом. И с тех пор самое страшное наказание для нее - это запретить ей идти на конюшню. Унее уже первый разряд по выездке. На день рождения Злате подарили собственного коня по кличке Рафаэлло. Анна страстная болельщица «Зенита» и всю съемочную группу подгоняет в работе, чтобы не опаздать на матч.
Журнал Maxim в рейтинге 100 sexy поставил Анну Ковальчук на 51-е место. Актриса стала лицом косметики «Черный Жемчуг» концерна «Калина».