Анастасия Панина родилась 15 января 1983 года в городе Северо-ЗадонскеТульской области. Имя получила в честь любимой песни отца в исполнении Юрия Антонова и рок-группы «Аракс» — «Анастасия». Отец — Владимир Николаевич Панин, родом из Северо-Задонска. Мать — Валентина Леонидовна Бодаева, родом из Барнаула. Родители познакомились во время работы на рыболовецкой плавбазе «Суздаль» на Дальнем Востоке. Поженившись, перебрались в Северо-Задонск, где отец работал шахтёром (после получения тяжёлой травмы ноги был переведён на менее сложный участок), а мать трудилась на птицефабрике. У Анастасии есть старшая сестра Ольга (род. 1975)[2].
В 2000 году окончила среднюю общеобразовательную школу № 5 в Северо-Задонске (классный руководитель — Светлана Алексеевна Федосеева)[3].
После окончания средней школы вместе с матерью и сестрой (родители тогда уже развелись) уехала в Москву, где готовилась поступать на факультет психологии МПГУ, подсознательно понимая, что этот путь не для неё[2].
В актёрскую профессию попала случайно. Её друзья, увидев объявление в газете о проведении отбора актёров для исторического телесериала «Бедная Настя» (2003—2004), предложили ей принять в нём участие. В результате длительного отбора из нескольких тысяч молодых претендентов Панина была принята на актёрские курсы Александра Акопова и кинокомпании «Амедиа», специально созданные для этого телепроекта. Параллельно с обучением на актёрских курсах Панина проходила пробы в проект «Бедная Настя» и была утверждена на роль одной из сестёр Долгоруких. Съёмки сериала должны были начаться в сентябре 2003 года. Но к тому времени Панина, пройдя конкурс в 450 человек на место, уже была зачислена на актёрский факультет Школы-студии МХАТ и столкнулась с выбором — сниматься в кино или учиться в театральном вузе. Она выбрала второе[2].
В Московском драматическом театре имени А. С. Пушкина Анастасия Панина служит с 2007 года по настоящее время и в разные годы играла в следующих спектаклях[5]:
2008 — «Смешные Жэ Мэ» по пьесе «Смешные жеманницы» Мольера (режиссёр — Елена Новикова; премьера — 26 января 2008 года) — Като, жеманница, племянница Горжибюса
2008 — «Оffис» по пьесе «Бесхребетность» немецкого драматурга Ингрид Лаузунд в переводе Анастасии Риш-Тимашевой (режиссёр — Роман Козак; премьера — 2 марта 2008 года) — Кристенсен / Шмитт[8]
2008 — «Дамский портной» по одноимённой пьесе Жоржа Фейдо в переводе Ирины Мягковой (режиссёр — Александр Огарёв; премьера — 12 декабря 2008 года) — Сюзанна[9]
2009 — «Письмо счастья» по пьесе «Фернандо Крапп написал мне письмо» немецкого драматурга Танкреда Дорста (режиссёр — Дж. Дж. Джилинджер; премьера — 6 марта 2009 года) — Юлия
2016 — «Дом, который построил Свифт» по одноимённой пьесе Григория Горина (режиссёр — Евгений Писарев; премьера — 19 марта 2016 года) — Эстер Джонсон
2019 — «Дорога перемен» по одноимённому роману Ричарда Йейтса (художественный руководитель — Евгений Писарев, режиссёр — Владимир Бельдиян; премьера — 21 мая 2019 года) — Эйприл Уиллер[13]
2019 — «Всё о нашем доме», спектакль-концерт, посвящённый истории МДТ имени А. С. Пушкина (режиссёр — Евгений Писарев; премьера — 25 декабря 2019 года) — артистка театра
Татьяна Александровна Чернышова, учитель русского языка и литературы, классный руководитель 11 «А» класса, возлюбленная учителя физкультуры Олега Фомина («Фомы»)
2014 — видеоклип на композицию «Аэропорты» певца Андрея Ковалёва — Анастасия Панина сыграла роль стюардессы, у которой завязывается роман с пилотом, роль которого исполнил сам Андрей Ковалёв[3].