Membre du prestigieux Barrow Group new-yorkais, section cinéma, la jeune Anne Hathaway a 17 ans lorsqu'elle fait ses grands débuts à l'écran, en 1999, dans la série télévisée La Famille Green. Mais c'est deux ans plus tard que l'adolescente se révèle au grand public avec son incarnation de la Princesse Thermopolis dans la production Disney Princesse malgré elle. Ce rôle de figure royale empruntée, gaffeuse et d'une naïveté confondante remporte un joli succès public qui appellera une suite en 2004, intitulée Un mariage de princesse.

Entre ses deux rôles de Princesse, Anne Hathaway se forge un chemin sans encombres en se construisant, film par film, une image de jeune fille modèle. Elle joue ainsi uniquement dans des productions destinées au jeune public telles Nicholas Nickleby et Ella au pays enchanté, ou prête sa voix à des films d'animation comme Le Royaume des chats (voix de Haru) et le déjanté La Véritable histoire du petit chaperon rouge (voix du rôle-titre). Anne Hathaway noircit légèrement le trait à partir de Secret de Brokeback Mountain, où elle incarne la compagne délaissée de Jake Gyllenhaal. En 2006, elle est à l'affiche de la comédie dramatique Le Diable s'habille en Prada, en tant qu'assistante d'une tyrannique rédactrice en chef incarnée par Meryl Streep.

Avec Jane, où elle interprète la célèbre écrivain Jane Austen, l'actrice semble dorénavant prête à assumer des rôles plus complexes. Elle ne renonce pas pour autant aux films légers, puisqu'après avoir partagé l'affiche de Max la menace avec Steve Carell, elle devient la Meilleure ennemie de Kate Hudson. Avec Passengers, elle rejoint un univers très différent de ceux auxquels elle était habituée : le film est un drame qui flirte avec le surnaturel. Mais, c'est avec Rachel se marie, où elle incarne une ex-mannequin qui sort d'une cure de désintoxication pour se rendre au mariage de sa sœur, qu'elle obtient sa toute première consécration : une nomination à l'Oscar de la meilleure actrice.

Après la comédie romantique Valentine's Day (2010), Anne retrouve une nouvelle fois les studios Disney, non plus en tant que princesse mais sous les traits de la Reine Blanche, dans le fantasmagorique Alice au Pays des Merveilles de Tim Burton (id.). La même année, la comédie Love, et autres drogues marque sa deuxième collaboration avec l'acteur Jake Gyllenhaal. Elle interprète pour l'occasion une jeune artiste atteinte de la maladie de Parkinson. L'année suivante, elle s'adonne une nouvelle fois au doublage de film d'animation pour les besoins de Rio, avant de se voir proposer par Christopher Nolan le rôle de Catwoman dans le troisième opus de la franchise Batman.

On l'aperçoit plus tard dans Les Misérables, une adaptation américaine du classique de Victor Hugo, elle-même inspirée d'une comédie musicale de Broadway où, métamorphosée, elle campe Fantine, la mère de Cosette. En 2014, Anne prête de nouveau sa voix à la pétillante Jewel, dans Rio 2, avant de retrouver Christopher Nolan dans le sublime Interstellar. En 2015, elle incarne une jeune chef d'entreprise qui a un certain Robert De Niro comme stagiaire et côtoie Johnny Depp l'année suivante dans Alice de l'autre côté du miroir, qui se solde par un échec au box-office. Puis, la comédienne prend part à deux films d'arnaque : Ocean's 8 et Le Coup du siècle.

On la voit ensuite dans les thrillers Sa dernière volonté et Mothers' Instinct, la comédie fantastique Sacrées Sorcières, le semi biopic de James Gray Armageddon Time, la romance She Came to Me, le très attendu péplum L'Odyssée de Nolan ou encore le mystérieux film de SF The End Of Oak Street. En 2026, elle reprend son personnage dans Le Diable s'habille en Prada 2. Une suite qui permet de fêter les 20 ans du premier long-métrage et qui marque le retour de Miranda, Andy, Emily et Nigel dans l’univers impitoyable et glamour du magazine Runway et des rues new-yorkaises.