Nascida de mãe solteira, no seio de uma família de camponeses pobres, não gostava de falar de seu pai, afirmando que ele morreu quando tinha dois anos de idade. Os historiadores afirmam que ele era um soldado judeu quando do seu nascimento e mais tarde um comerciante. Aos oito anos, como presente de aniversário, sua mãe a leva para assistir ao espetáculo de balé:"A Bela Adormecida" no teatro Mariinsky. Emocionou-se tanto, que decidiu a partir daquele dia dedicar-se à dança.
Tentou então ingressar na Escola Imperial de Balé de São Petersburgo, mas foi rejeitada devido a sua tenra idade e baixa estatura. Em 1891, aos dez anos, conseguiu ingressar na academia. Desde cedo, revelou um grande talento para a dança clássica.
Em sua formação, teve aulas com os mais famosos professores da época: Pavel Gerdt, Christian Johansson, Ekaterina Vazem,Nikolai Legat.
Graduou-se em 1899 aos dezoito anos de idade. Em seguida, ingressou no corpo de balé do "Balé Imperial Russo" de São Petersburgo. Era o começo de sua carreira de sucesso. Seu palco nesta época era o teatro Mariinsky.
Carismática, caiu no gosto do Maestro Marius Ivanovich Petipa, galgando rapidamente posições de destaque entre as bailarinas: em 1902 era segunda solista; em 1905 "Première Danseuse" e finalmente em 1906 "Prima Ballerina".
No final do século XIX o ideal da bailarina era ter corpo compacto e musculoso, para poder atender aos requisitos de técnica e performance nas danças. Anna Pavlova mudou esta visão. Por sua figura feminina, graciosa e delicada e por seu modo personalíssimo de dançar (tinha um jeito especial de executar o "En Pointe", que na época causou polêmica, mas que com o passar do tempo tornou-se padrão), começou a ganhar destaque nos balés em que atuava e a arrebanhar fãs entusiastas. Para a legião de fãs ela era a Pavlovtzi.
Em 1908 estreou em Paris, no Théâtre du Châtelet, com o Ballets Russes de Serguei Diaghilev. De 1908 a 1911, apresentou-se com a companhia de Diaghilev, passando a dividir o seu tempo profissional entre as turnês e as apresentações no teatro Mariinsky.
Em 1913 larga o "Balé Imperial" e passa a se apresentar por sua própria conta, empresariada por Victor d'Andre.
Em 1914, no início da Primeira Guerra Mundial, ela deixou a Rússia definitivamente e se mudou para Londres, fixando residência na casa que adquirira em 1912, denominada "Ivy House".
Durante a guerra excursionou com frequência nos EUA e na América do Sul, tendo apresentado-se em 1918 no Teatro da Paz em Belém do Pará. Também esteve na Ásia, Oriente e África do Sul.
Dançou para reis, rainhas e imperadores de toda a europa. Sarah Bernhardt e Isadora Duncan eram suas admiradoras.
Na década de 1920 apresenta-se no Teatro Municipal de São Paulo e no Teatro Municipal do Rio de Janeiro.
Em 1924, casa-se com Victor d'Andre, seu empresário.
No período de natal de 1930, Pavlova tira três semanas de descanso de uma turnê que realizava pela europa. Na volta ao trabalho, próximo de A Haia na Holanda, o trem em que estava foi obrigado a parar devido a um acidente ocorrido próximo à linha. Curiosa, desceu para ver o que havia acontecido vestindo roupas muito leves para o tempo que fazia (um fino casaco sobre uma camisola de seda) e caminhando pela neve. Dias mais tarde, é acometida de forte pneumonia. Após breve sofrimento, morre de pleuris no dia 23 de janeiro de 1931, no auge da fama e próximo de completar cinqüenta anos. Segundo testemunhas, suas últimas palavras após pedir para que lhe preparassem o seu traje de "A Morte do Cisne" foi: "Execute o último compasso bem suave". Vídeo A Morte do Cisnei com Anna Pavlova:
