Anne Charrier commence sa carrière d'actrice en 1999 au théâtre dans La nuit des rois de Shakespeare. Depuis, l'actrice alterne théâtre, télévision et cinéma. En 2000, elle rencontre Nicolas Briançon avec qui elle entamera une fructueuse collaboration théâtrale, Le menteur de Corneille, Le manège de Florian Zeller, Au moment de la nuit d'après Jules Renart et Crebillon, Volpone de Ben Jonson et Le canard à l'orange de William Douglas Home en 2018.

À la télévision, après avoir participé dons un grand nombre de séries, dons des rôles secondaires, Anne Charrier se fait particulièrement remorquer grâce à la série Maison Close diffusée entre 2010 et 2013 sur Canal + et dons laquelle elle tient l'un des rôles principaux. La télévision lui offre ensuite de beaux personnages et des registres très variés : de Marjorie, créée par Ivan Calberac, à Chefs d'Arnaud Malherbe et Marion Festraets aux côtés de Clovis Cornillac.

En 2014, Anne retourne ou théâtre dons la pièce Chambre froide de Michele Lowe à la Pépinière Théâtre avec Pascale Arbillot et Valérie Karsenti. Elle sera à l'affiche de Je compte sur vous de Pascal Elbé l'année d'après et c'est en mars 2016, qu'elle partage l'affiche de Marseille réalisé par Kad Merad, ce dernier qu'elle retrouve au printemps 2018 dans Just a gigolo. Cette même année, elle sera dirigée par Roschdy Zem dans Persona non grata. 

En 2017, elle reçoit le prix d'interprétation féminine au festival de la fiction de la Rochelle pour son rôle dons le téléfilm Prête à tout réalisé par Thierry Petit, suivi en 2018 du prix d'interprétation féminine au festival Série Mania pour son rôle dons la minisérie Maman a tort, réalisée par François Velle d'après le roman de Michel Bussi.

Elle est aussi nommée au Molière de la meilleure comédienne en 2018 pour son rôle dans En attendant Bojangles et l'année suivante pour son rôle dans Le canard à l'orange.

En 2020, elle est à l'affiche de Parents d'élèves de Noémie Saglio et elle incarne le rôle de Monique dons la série 3615 Monique réalisés par Simon Bouisson et Guillaume Renusson. On la retrouvera également à l'affiche du film de Christophe Barratier, Le Temps des secrets.

En 2022, elle est Emma, dans la pièce Berlin Berlin de Patrick Haudecoeur, mise en scène par Jose Paul et primée par un Molière de la comédie. C'est au casting de Rictus, série d'Arnaud Malherbe et de L'Eclipse réalisée par Franck Brett qu'on la retrouvera en 2023.

En 2024, elle interprète Genet dons la saison 12 de la cultissime série américaine The Walking Dead : Daryl Dixon au côté de Norman Reedus. Elle incarnera également Gisèle Halimi dans le téléfilm L'Echanteur de Philippe Lefebvre.

On la retrouvera cette année au cinéma dons l'adaptation de la bande dessinée éponyme Natacha de Noémie Saglio et dans celle du roman de Nicolas Mathieu, Connemara, par Alex Lutz.

À la télévision, Anne sera à l'affiche de la série franco-belge La Vallée en danger réalisée par Elsa Bennett d'après un scénario de Michel Bussi et Christian Clères.