Le public découvre Anna Mikhalkova dans le documentaire de son père Nikita Mikhalkov Anna 6-18, réalisé entre 1980 et 1993, qui la met en scène dans l'ambiance familiale au fil des années, dont l'actrice a par la suite déploré le caractère voyeuriste. Sortie de l'Institut national de la cinématographie, elle débute au cinéma en 1995, sous la direction de Roman Balaïan. En 2006, on lui décerne un Aigle d'or du meilleur rôle féminin au cinéma pour Une liaison réalisé par Avdotia Smirnova. Le Nika du second rôle féminin lui est remis en 2009, pour le rôle dans Vis et souviens-toi d'Alexandre Prochkine. En 2012, un nouvel Aigle d'or du meilleur rôle féminin au cinéma lui est décerné pour L'Amour avec accent de Rezo Gigineishvili(ru).
Anna Mikhalkova est la productrice du prix cinématographique Bely kvadrat [Carré blanc] fondé en 2004 par le Ministère de la culture et l'Union cinématographique de la fédération de Russie.
Famille
Anna Mikhalkova est la fille aînée du réalisateur Nikita Mikhalkov et de son épouse Tatyana Chigaeva - une créatrice de mode. Elle a un demi-frère, Stepan, un frère Artiom et une sœur Nadezhda Mikhalkova. Elle a épousé Albert Bakov, dont elle a eu trois enfants.
