Fille d'une costumière de théâtre, Anna Karina se découvre très tôt une passion pour le métier de comédien. Interrompant ses études dès l'âge de quatorze ans, elle est fille d'ascenseur ou illustratrice. Repérée dans la rue, elle tourne en 1958 son premier film, La fille avec ses chaussures, un court-métrage primé à Cannes. Peu après, elle s'installe à Paris. L'agence Publicis la remarque et lui offre de poser pour la couverture du magazine Jours de France. Anna Karina devient alors mannequin chez Pierre Cardin.
En 1960, Jean-Luc Godard offre le rôle principal du Petit soldat à Anna Karina, mais ce premier film étant interdit de sortie pendant plusieurs années, c'est Ce soir ou jamais (1961), une comédie de Michel Deville, qui la révèle au grand public. Elle reste cependant l'actrice fétiche de Jean-Luc Godard. Spontanée et sensible, elle marque de sa présence quelques chefs-d'oeuvre du maître de la Nouvelle Vague : Une femme est une femme (1961) ; Vivre sa vie (1962) ; Bande à part (1964) ; Alphaville (1965) ; Made in U.S.A (1966). Pour Pierrot le fou (1965), son film préféré, elle crée cette réplique devenue mythique : " Mais qu'est-ce que je peux faire ? J'sais pas quoi faire ! " Cette indécision est démentie par la qualité de ses autres prestations, notamment dans L'étranger (1966) de Luchino Visconti ou dans Justine (1968) de George Cukor. Car pour aussi légère et insouciante qu'elle paraisse, Anna Karina n'en est pas moins dévouée à la cause du cinéma. Elle privilégie la variété de ses rôles, tournant avec la même sincérité La ronde (1964) de Roger Vadim, La religieuse (1966) de Jacques Rivette, Roulette chinoise (1976) de Rainer Werner Fassbinder ou Haut, bas, fragile (1994) de Jacques Rivette.
Pour la télévision, Anna Karina tourne Anna, Ni figure ni raisin et Moravagine. Dans Anna, elle chante "Sous le soleil exactement" de Serge Gainsbourg.
Elle écrit, réalise et interprète Vivre ensemble en 1972.
Au théâtre, elle joue Après la répétition (1998).
Elle écrit trois romans : Golden city (1983), On n'achète pas le soleil (1988), Jusqu'au bout du hasard (1998).
Courts métrages 1958 | Pigen og skoene La Fille avec ses chaussures | Ib Schmedes |
| 1964 | Petit jour | Jacques Pierre |
| 1979 | Historien om en moder | Claus Weeke |
| 2000 | Nom de code : Sacha | Thierry Jousse |
Longs métrages| 1972 | Vivre ensemble | Anna Karina |
| 1972 | Vivre ensemble | Anna Karina |
| 1986 | Last song | Dennis Berry |
| 1964 | Voleur du Tibidabo (Le) | Maurice Ronet |
| 1960 | Ce soir ou jamais | Michel Deville |
| 1960 | Petit soldat (Le) | Jean-Luc Godard |
| 1960 | Une femme est une femme | Jean-Luc Godard |
| 1961 | Cléo de 5 à 7 | Agnès Varda |
| 1961 | She'll Have to Go | Robert Asher |
| 1961 | Soleil dans l'oeil (Le) | Jacques Bourdon |
| 1962 | Quatre vérités (Les) | Alessandro Blasetti, Hervé Bromberger, René Clair, [etc.] |
| 1962 | Quatre vérités : Le Corbeau et le renard (Les) | Hervé Bromberger |
| 1962 | Shéhérazade | Pierre Gaspard-Huit |
| 1962 | Vivre sa vie | Jean-Luc Godard |
| 1963 | Dragées au poivre | Jacques Baratier |
| 1963 | Un mari à prix fixe | Claude de Givray |
| 1964 | Bande à part | Jean-Luc Godard |
| 1964 | De l'amour | Jean Aurel |
| 1964 | Ronde (La) | Roger Vadim |
| 1964 | Voleur du Tibidabo (Le) | Maurice Ronet |
| 1965 | Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution | Jean-Luc Godard |
| 1965 | Pierrot le fou | Jean-Luc Godard |
| 1965 | Religieuse = Suzanne Simonin, la religieuse de Diderot (La) | Jacques Rivette |
| 1965 | Soldatesse (Le) Des filles pour l'armée | Valerio Zurlini |
| 1966 | Made in U.S.A. | Jean-Luc Godard |
| 1966 | Plus vieux métier du monde : Anticipation ou l'amour en l'an 2000 (Le) | Jean-Luc Godard |
| 1966 | Straniero (Lo) L'Etranger | Luchino Visconti |
| 1966 | Zärtliche Haie [Tendres requins] | Michel Deville |
| 1967 | Lamiel | Jean Aurel |
| 1968 | Before Winter Comes Avant que vienne l'hiver | J. Lee Thompson |
| 1968 | Justine | George Cukor |
| 1968 | Laugther in the Dark La Chambre obscure | Tony Richardson |
| 1968 | Magus (The) Jeux pervers | Guy Green |
| 1968 | Michael Kohlhaas, der Rebell Michael Kohlhaas, le rebelle | Volker Schlöndorff |
| 1969 | Temps de mourir (Le) | André Farwagi |
| 1970 | Alliance (L') | Christian de Chalonge |
| 1971 | Carlos | Hans W. Geissendörfer |
| 1971 | Rendez-vous à Bray | André Delvaux |
| 1971 | Salzburg Connection (The) Notre agent à Salzbourg | Lee H. Katzin |
| 1972 | Vivre ensemble | Anna Karina |
| 1973 | Invenzione di Morel (L') | Emidio Greco |
| 1973 | Pane e cioccolata Pain et chocolat | Franco Brusati |
| 1974 | Assassin musicien (L') | Benoît Jacquot |
| 1975 | Life | Ulli Lommel |
| 1975 | Oeufs brouillés (Les) | Joël Santoni |
| 1976 | Chinesisches Roulette Roulette chinoise | Rainer Werner Fassbinder |
| 1977 | Ausgerechnet Bananen | Ulli Lommel |
| 1978 | Chaussette surprise | Jean-François Davy |
| 1978 | Olyan mint otthon Comme chez nous | Márta Mészáros |
| 1982 | Regina Roma | Jean-Yves Prate |
| 1983 | Ami de Vincent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1984 | Ave Maria | Jacques Richard |
| 1985 | Ile au trésor (L') | Raoul Ruiz |
| 1986 | Dernier été à Tanger | Alexandre Arcady |
| 1986 | Last song | Dennis Berry |
| 1987 | Cayenne palace | Alain Maline |
| 1987 | Oeuvre au noir (L') | André Delvaux |
| 1989 | Manden der ville vaere skyldig L'Homme qui voulait être coupable | Ole Roos |
| 1994 | Haut, bas, fragile | Jacques Rivette |
| 2001 | Truth About Charlie (The) La Vérité sur Charlie | Jonathan Demme |
| 2002 | Moi, César, 10 ans 1/2, 1 m 39 | Richard Berry |