Анна Леонидовна Ковальчук родилась 15 июня 1977 года в семье военного в немецком городе Нойштрелиц, где в ГДР служил её отец, а мама была воспитателем в детском саду. В связи со службой отца, семья часто переезжала. Анна и её брат Павел детство провели в Ереване и Москве, а в школу Ковальчук пошла уже в Ленинграде (сегодня – Санкт-Петербург). В школьные годы ей больше нравились точные науки, и девочка хотела стать учёным в области кибернетики. А в свободное время она занималась танцами, гимнастикой и училась в музыкальной школе по классу фортепиано и гитары.
После окончания школы в 1994 году, Анна сначала хотела идти в политехнический университет, но выбрала актерскую профессию и поступила в Санкт-Петербургскую государственную академию театрального искусства, была зачислена в мастерскую А.С. Шведерского. Уже во время учёбы она играла в массовках и небольшие роли в спектаклях Александринского театра. Окончив академию в 1998 году, Ковальчук стала актрисой Театра имени Ленсовета, где сыграла во многих спектаклях и сегодня является одной из его ведущих актрис.
Дебютом в кино Ковальчук стала роль в лирической комедии «Любовь зла» (1998) режиссера Владимира Зайкина, а уже следующая её киноработа – роль следователя прокуратуры Марии Швецовой в сериале «Тайны следствия» в 2000 году – принесла Ковальчук известность и популярность, а также приз «За воплощение образа положительного героя» на международном правовом кинофестивале «Закон и общество». Кстати, сам телесериал «Тайны следствия» затем продлили еще на несколько сезонов, где Ковальчук продолжает играть роль следователя Швецой.
Помимо работы в этом телепроекте актриса снималась и в других картинах – например, в экранизации романа Михаила Булгакова «Мастер и Маргарита» (2005), в фильме «Адмиралъ» (2008), в триллере «Личное дело капитана Рюмина» (2009), в исторических сериалах «Петр Первый. Завещание» (2011), «Годунов» (2018), «Екатерина. Фавориты» (2023), в сказочной ленте «Сказки тёмного леса. Ворожея» (2025) и других.
Также Ковальчук принимала участие и в различных телепроектах, среди которых – телешоу «Танцы со звёздами», где она танцевала в паре с хореографом Германом Мажириным, утренняя программа «Субботник» на телеканале «Россия-1» и передача для детей «Тайны сказок с Анной Ковальчук» на канале «Спас», где актриса выступала в качестве ведущей.
Сегодня Заслуженная и Народная артистка России – Анна Ковальчук продолжает свою творческую карьеру – снимается в кино, играет на сцене, участвует в различных телевизионных и благотворительных проектах, живёт и работает в Санкт-Петербурге.