Анастасия Панина родилась в Северо-Задонске (Тульская область). В детстве профессионально занималась художественной гимнастикой, получила звание кандидата в мастера спорта. В 2007 году окончила Школу-студию МХАТ (курс Романа Козака, Дмитрия Брусникина) и сразу после этого поступила в труппу Театра им. Пушкина.
Дебютировала как актриса в 2006 году в сериале «Закон и порядок: Отдел оперативных расследований». В 2007 году Анастасия Панина сыграла вместе с Дмитрием Нагиевым главную роль в приключенческом боевике «Скалолазка и последний из седьмой колыбели».
Анастасия замужем за актером Владимиром Жеребцовым (вместе они сыграли в сериале «Физрук»), у них есть дочь Александра.
