Anne Baxter was de kleindochter van architect Frank Lloyd Wright en enige dochter van Kenneth Stuart Baxter, topman bij de Seagram Distillery company. Ze groeide op in Bronxville (New York) en volgde haar opleiding in privéscholen in New York City en de School of the Theater van Theodora Irvine waar ze op 11-jarige leeftijd met Maria Ouspenskaya acteerlessen volgde. Nadat ze Helen Hayes aan het werk had gezien was ze vastbesloten om actrice te worden.

Op 17 september 1936, toen ze dus pas 13 was, maakte ze als Elizabeth Winthrop haar Broadway-debuut in het Henry Miller Theatre in het stuk Seen but not heard. Toen ze pas 16 was had ze bijna een rol in Rebecca van Alfred Hitchcock te pakken maar dat ging niet door omdat men haar te jong vond. Eén jaar later had ze door de diverse rollen die ze op Broadway had vertolkt wel haar filmdebuut te pakken in 20 Mule Team van Wallace Beery.

Ze kreeg een contract aangeboden door 20th Century-Fox.  Het zorgde ervoor dat ze in films te zien was van grootheden als Orson Welles, Alfred Hitchcock, Lewis Milestone, William A. Wellman, Billy Wilder en Joseph L. Mankiewicz.

Anne Baxter trouwde in de woning van haar ouders in Burlingame Californië op 7 juli 1946 met acteur John Hodiak die ze had leren kennen op de set van Sunday Dinner for a Soldier (1944). Op 9 juli 1951 werd hun enige dochter Katrina geboren. Op 27 januari 1953 was de scheiding een feit. Nadat ze op 18 februari 1960 in Honolulu huwde met haar tweede echtgenoot Randolph Galt, een boer, ging ze in eerder primitieve omstandigheden met hem samenwonen op een gigantische schapenboerderij in Australië. Het paar kreeg twee kinderen: Maginal (°11/03/1963) en Melissa (°05/10/1961). Hun huwelijk hield negen jaar stand. Op 30 januari 1977 trouwde Anne Baxter met de veel oudere David Klee, een bankier op Wall Street, maar die overleed datzelfde jaar nog in New York op 70-jarige leeftijd.

Vier jaar later ging ze opnieuw acteren maar dan vooral in toneelstukken en voor televisie. 

In 1976 werd haar heel succesvolle autobiografie uitgebracht onder de titel Intermission: A True Story. Daarin werd heel wat aandacht besteed aan de ommekeer in haar leven door naar Australië te trekken maar ook de teleurstelling die hier op volgde werd toegelicht.

Toen Lauren Bacall haar rol van Margo Channing in de Broadway-musical Applause (gebaseerd op de film All About Eve) voor bekeken hield nam Anne Baxter het van haar over. Ze had in de filmversie al de rol van Eve vertolkt en was nu te zien in de rol van haar rivale die in de vroegere filmversie vertolkt werd door Bette Davis.

In 1983 verving Baxter een zieke Bette Davis in de televisieserie Hotel en was daarin te zien tot aan haar dood. Anne Baxter stierf op 62-jarige leeftijd.