Анастасия Панина родилась 15 января 1983 года в Северо-Задонске, Россия. Ее отец, Владимир Панин, работал на шахте, а мать, Валентина Панина – на птицефабрике.

До 13 лет Анастасия занималась художественной гимнастикой в доме спорта "Спутник", где стала КМС.

После окончания школы, Анастасия приехала в Москву, где провела целый год в поисках работы.

В 2001 году Настя прошла прослушивание для сериала "Бедная Настя" и продюсеры были готовы утвердить ее на роль. Но она отказалась от роли ради учебы в школе-студии МХАТ, куда ее лично пригласил декан актерского факультета.

В 2007 году, окончив с красным дипломом МХАТ (курс Романа Козака, Дмитрия Брусникина), Настя была принята на работу в театр имени А.Пушкина.

Еще во время учебы во МХАТе Панина начала сниматься в кино.

Первая ее роль в кино – роль Любви Шевцовой в картине "Последняя исповедь" (2006).

В 2007 году Анастасия сыграла главную роль в фильме "Скалолазка", в которой почти все трюки исполнила самостоятельно.

В том же году с ее участием вышли картины "Прекрасная Елена" и "Спецгруппа".

В 2008 году получила небольшую роль в мини-сериале "Сеть", а также исполнила главные роли в фильмах "Двое под дождем", "Белый паровоз" и "Зачем ты ушел?".

В 2009 году Настя вместе с Владиславом Галкиным снялась в сериале "Грязная работа".

В 2010 году актриса появилась в главной роли в картине "Буду верной женой", а также исполнила одну из главных ролей в сериале "Петля".

В 2012 году сыграла роль первого плана в сериале "Пасечник", главную роль в котором исполнил Анатолий Журавлев.

В том же 2012 году с ее участием вышли такие сериалы как "Дорога на остров Пасхи", "Петрович" и "Инкассаторы".

В 2013 году Настя вместе с Сергеем Жигуновым, Валерией Ланской и Евгением Прониным снялась в сериале "Торговый центр".

Весной 2014 года Анастасия Панина сыграла роль Тани в кинофильме "Небо падших", главные роли в котором исполнили Кирилл Плетнев и Екатерина Вилкова.

Также в 2014 году с ее участием вышел сериал "Физрук", в котором также снялись Дмитрий Нагиев, Александр Гордон и Полина Гренц.