Née le 8 décembre 1993 à Denver, AnnaSophia est la fille unique d'un architecte et d'une décoratrice d'intérieur. Très tôt elle suit des cours de comédie pour enfants, mais doit attendre l'âge de neuf ans avant de réellement débuter sa carrière.
Elle décroche dès sa première audition une participation à un spot radiophonique à diffusion nationale et affronte pour la première fois les caméras dans le court métrage Daddy's day réalisé par un cinéaste de sa ville.
On a pu ensuite la voir, en mai 2003, dans un spot à grande diffusion pour McDonald's et les poupées Bratz.
Au cinéma, depuis Winn-Dixie mon meilleur ami de Wayne Wang qui marque son premier rôle professionnel, elle a tourné aux côtés de Johnny Depp dans Charlie et la chocolaterie de Tim Burton, avant d'incarner un des personnages principaux de l'adaptation du Secret de Terabithia au cinéma en 2007. La même année, elle apparaît en jeune sauvageonne tyrannisée dans Les Châtiments ainsi que dans La Montagne ensorcelée où elle interprète une jeune extraterrestre nommée Sara venue sauver sa planète avec son frère Seth.
En plus d'être actrice, AnnaSophia interprète la chanson Keep Your Mind Wide Open dans la bande originale du film Le Secret de Térabithia, danse (hip-hop, jazz, danse irlandaise), et est aussi mannequin dans des défilés de mode.
