Haar vader was militair met als gevolg dat Ann Harding heel regelmatig moest verhuizen. Ze verbleef dan ook een groot deel van van haar jeugd in de omgeving van militaire basissen in zowel de Verenigde Staten als Cuba. Toen ze school liep aan het Bryn Mawr College, iets wat overigens maar één jaar duurde, had ze al haar eerste rolletje vertolkt in een toneelstuk. Toen de familie terechtkwam in New York ging Harding aan de slag als secretaresse bij een verzekeringsmaatschappij en freelance scriptlezer bij de afdeling van Famous Players-Lasky in New York maar haar interesse bleef toch wel acteren. Haar gedrevenheid leidde tot een eerste filmrolletje in The Inheritors.

Hierna ging het vrij snel: van haar échte acteerdebuut in 1921 bij de Provincetown Players in Geenwich Village over Broadway een jaar later, naar Hollywood waar ze in 1929 onder contract kwam te liggen bij Pathé waar ze met haar rol in Paris Bound debuteerde in een langspeelfilm. Toen Pathé zich bij RKO voegde in 1930 zei Ann Harding de kleine, onbeduidende rolletjes vaarwel, vanaf dan had ze steeds de hoofdrol te pakken. In heel wat gevallen was ze de heldin in de film, aan de zijde van onder andere Ronald Colman, Leslie Howard en Laurence Olivier.

In 1926 trouwde Ann Harding met acteur Harry Bannister, de twee kregen één kind: Jane. In 1932 scheidden ze. In 1937 trouwde ze voor de tweede keer, deze keer met Werner Janssen, een componist/dirigent... Het zorgde ervoor dat ze een tijd lang niet actief was in de filmwereld. In 1942 maakte Harding alsnog een comeback om halfweg de jaren '50 voornamelijk deftige rollen te vertolken voor verschillende studio's. In 1963 liep ook haar tweede huwelijk op de spreekwoordelijke klippen. Toen Harding zich definitief terugtrok uit de filmwereld vestigde ze zich in Westport, Connecticut.