Анна Ковальчук родилась в Германской Демократической Республике, в городе Нойштрелиц, где в то время педагогами работали ее родители Леонид Иванович и Наталья Фёдоровна. Вообще, Анна из потомственной семьи преподавателей, ее дедушка был директором школы. Детство и юность Анны прошло в Ленинграде, Ереване и Москве. В школьные годы девочка предполагала, что станет кибернетиком, поскольку ей очень легко давались точные науки. Но в последний момент она все же решила стать актрисой и поступила на курс А. С. Шведерского в Ленинградском институте театра, музыки и кинематографии. Там же она повстречала своего суженого, которым стал Анатолий Ильченко. Когда Анна Ковальчук была еще студенткой, ее пригласили Театр имени Ленсовета на роль героини в пьесе Мольера «Мнимый больной». Так что выпуск из института, премьера первого спектакля и свадьба состоялись, практически одновременно. Фильмы с Анной Ковальчук появились на экранах с 1998 года, а с 2001-го к ней пришла всероссийская популярность и любовь зрителей, поскольку она начала сниматься в проекте «Тайны следствия». Так что сериалы с Анной Ковальчук тоже пользуются большим успехом.
С первым мужем актриса развелась в 2005. В этом браке она родила дочь Злату. Однако Анна не долго оставалась одна. Практически сразу она познакомилась с предпринимателем Олегом Капустиным. И в 2007 году они поженились. Пары родился сын Добрыня.