Ana de Armas voit le jour à Cuba en 1988. C’est à l’âge de 14 ans que la future actrice commence à étudier la comédie. Elle suit les cours de la Theatre School of Havana et obtient son diplôme après 4 ans d’étude. En 2006, la jeune femme déménage en Espagne pour poursuivre sa carrière de comédienne et décroche son premier rôle au cinéma dans Una rosa de Francia dirigé par Manuel Gutiérrez Aragon.

C’est toutefois avec le rôle de Carolina Leal Solis dans El Internado que la Cubaine se fait connaître en 2007. La série ibérique raconte l’histoire d’une école peuplée par d’étranges personnages hantés par un passé trouble. La jeune actrice incarne ce rôle durant 6 saisons jusqu’en 2010. La comédienne est ensuite enrôlée dans une série historique, Hispania, la leyenda.  Elle y interprète Nerea durant les deux premières saisons du show qui en compte 3.

Elle poursuit avec le film d'horreur Blind Alley (2011) et le drame romantique Por un puñado de besos (2014), restés inédits en France, avant de s'envoler outre-Atlantique pour faire ses premiers pas à Hollywood. Elle est en effet repérée par le cinéaste Eli Roth (Hostel) qui l’engage pour jouer dans Knock Knock en 2015. Ana prête ses traits à la sulfureuse Bel, qui, en compagnie de la Chilienne Lorenza Izzo, fait irruption dans la vie d'un père de famille (Keanu Reeves) pour le séduire avant de détruire sa vie.

Dès lors, sa carrière aux États-Unis est lancée. On la retrouve face à Keanu Reeves dans le film policier Suspicions et dans le biopic Hands of Stone consacré au boxeur panaméen Roberto Duran. Elle enchaîne avec la comédie sur fond de trafic d'armes War Dogs et le film d'action Overdrive, face à Scott Eastwood. 

En 2017, Blade Runner 2049 lui offre sa première incursion dans un blockbuster. Dans cette suite très attendue du film culte de Ridley Scott, l'actrice prête ses traits à Joi, une intelligence artificielle à l’apparence holographique dont s'éprend Ryan Gosling. Devenue l'une des comédiennes les plus en vues d'Hollywood, elle renoue avec son pays natal dans Cuban Network, du Français Olivier Assayas, où elle partage l'affiche avec Penélope Cruz, Édgar Ramírez et Gael García Bernal.

Au milieu d'un impressionnant casting (Daniel Craig, Chris Evans, Jamie Lee Curtis, Michael Shannon, Toni Collette), Ana de Armas tire ensuite son épingle du jeu dans le whodunit de Rian Johnson À couteaux tirés. Elle y est une modeste infirmière au service d'une richissime famille dont le patriarche a été tué. Ce Cluedo géant est l'un des succès de l'année 2019. Elle retrouve Daniel Craig en 2021 dans Mourir peut attendre, ultime apparition de ce dernier dans le costume de l'agent 007.

En 2022, Ana tient le haut de l'affiche avec son compagnon du moment Ben Affleck du thriller érotique Eaux profondes et côtoie Chris Evans dans les comédies d'action The Gray Man et Ghosted. Entre les deux, elle joue Marilyn Monroe dans le mal reçu Blonde. En 2025, la comédienne se glisse dans la peau d'une jeune tueuse qui se lance sur les traces des assassins de sa famille dans spin-off de John Wick Ballerina. Cette même année, elle sera au casting impressionnant du thriller de Ron Howard, Eden.

Vincent Formica