Anna Torv vokste opp sammen med sin bror og foreldrene på australske Gold Coast i Queensland. Faren er av estisk avstamming. Farmoren er forfatterinnen Anna Maria Torv Murdoch-Mann, som var gift med milliardæren Rupert Murdoch i 31 år.[4]
Hun hadde sin skuespillerdebut i den australske politiserien Young Lions, etterfulgt av flere roller i film og på TV. Fra 2008 til 2013 spilte hun hovedrollen i TV-serien Fringe.
Anne Torv giftet seg i desember 2008 med skuespilleren Mark Valley, men de ble separert etter bare ett år.[5]