1999年，17歲的安妮·海瑟薇初登熒屏，與傑西·艾森伯格合作出演電視劇《Get Real》，盡管該劇一季便被砍掉，但安妮卻入圍第2屆青少年選擇獎最佳TV女演員獎。
2001年8月3日，與朱莉·安德魯斯共同主演愛情喜劇電影《公主日記》上映，她在片中飾演與母親生活在美國，但她十分不自信的高中生米亞，憑借該片入圍第4屆青少年選擇獎最佳喜劇電影女演員獎。
2002年，與查理·漢納姆、傑米·貝爾聯合主演劇情電影《尼古拉斯·尼克貝》，該劇根據英國作家狄更斯的作品改編。
2004年4月9日，與休·丹西、加利·艾爾維斯聯袂主演愛情奇幻電影《魔法灰姑娘》上映，她在片中飾演出生在一個有魔法世界的魔法灰姑娘埃拉； 8月11日，由其主演的電影《公主日記2：皇室婚約》上映 。
2005年，進入紐約大學加勒廷個性化研究學院就讀；同年，與施瑞·阿普萊碧共同主演劇情電影《曆劫俏佳人》，這是她第一次挑戰裸戲，并在片中飾演随便、放蕩、滿口粗話的艾利遜；随後，與希斯·萊傑、傑克·吉倫哈爾聯合主演愛情電影《斷背山》，在片中飾演在一個酒吧裏與傑克相遇的露琳。
2006年，與梅麗爾·斯特裏普合作主演愛情喜劇電影《穿普拉達的女王》，在片中飾演初入職場的清新女生安迪。2007年，與詹姆斯·麥卡沃伊搭檔主演愛情電影《成爲簡·奧斯汀》，她憑借該片入圍第10屆英國獨立電影獎最佳女主角獎。
2008年，與羅絲瑪麗·德薇特、德博拉·溫格聯袂主演家庭倫理電影《蕾切爾的婚禮》，在片中飾演内心脆弱，要關懷，要目光，要自暴自棄，又要改變、振作、堅強的凱姆，她憑借該片入圍第81屆奧斯卡金像獎最佳女主角獎、第66屆美國金球獎電影類-劇情類最佳女主角獎；10月24日，與帕特裏克·威爾森合作主演驚悚懸疑電影《乘客》，她在片中飾演心理治療師克萊爾。
2009年，與凱特·哈德森聯袂出演喜劇電影《結婚大作戰》，在片中飾演善于照顧别人的溫柔女性艾瑪，她憑借該片入圍第18屆MTV電影獎最佳女演員獎，獲得第11屆青少年選擇獎最佳喜劇電影女演員獎；同年，參與動畫片《辛普森一家第二十一季》的配音，她憑借該片獲得第62屆艾美獎最佳畫外音獎。
2010年，與米娅·華希科沃斯卡、約翰尼·德普聯合主演家庭奇幻電影《愛麗絲夢遊仙境》，在片中扮演美麗善良的白皇後 ，她憑借該片入圍第12屆青少年選擇獎最佳搶戲電影女星獎；同年，與傑克·吉倫哈爾共同主演喜劇電影《愛情與靈藥》，她憑借該片入圍第68屆美國金球獎電影類-音樂/喜劇類最佳女主角獎。
2011年，與吉姆·斯特吉斯主演愛情電影《一天》，在片中飾演表面婉約，内心狂放的艾瑪；4月8日，與傑西·艾森伯格聯合參與配音的動畫電影《裏約大冒險》上映，配音的角色爲一隻像巴西舞娘一樣熱情的雌性藍色金剛鹦鹉珠兒，她憑借該片入圍第13屆青少年選擇獎最佳動畫電影配音獎。
2012年，與克裏斯蒂安·貝爾、湯姆·哈迪聯合主演動作懸疑電影《蝙蝠俠：黑暗騎士崛起》，在片中飾演亦正亦邪、香豔神秘的貓女塞琳娜·凱爾，她憑借該片獲得第15屆青少年選擇獎最佳動作電影女演員獎、第18屆美國評論家選擇獎最佳動作片女演員獎，獲得第39屆土星獎最佳女配角獎；同年，與休·傑克曼、羅素·克勞聯袂主演劇情電影《悲慘世界》，在片中飾演在生活的無情折磨中掙紮的工廠女工芳汀，她除了要完成高難度的演唱之外，短短三周内又瘦了16磅，同時還因情節需要而剃短了頭發，以蒼老凄涼的造型示人，她憑借該片獲得第85屆奧斯卡金像獎最佳女配角獎、第70屆美國金球獎電影類-最佳女配角獎。
2013年，參演由約瑟夫·高登-萊維特自編自導自演的劇情電影《唐璜》。2014年，與馬修·麥康納共同主演科幻冒險電影《星際穿越》，在片中飾演穿越蟲洞到另一個空間的女科學家艾米莉亞；同年，與瑪麗·斯汀伯根搭檔主演愛情電影《第一支歌》。2014年4月11日，參與配音的電影《裏約大冒險2》上映。
2015年8月21日，在《福布斯》公布的2015全球最高薪女星排行榜中，以年收入1200萬美元，并列第九名；同年，與羅伯特·德尼羅主演喜劇電影《實習生》，在片中飾演一家時尚網站的CEO，她憑借該片獲得第18屆青少年選擇獎最佳喜劇電影女演員獎。2016年，由其出演的電影《愛麗絲夢遊仙境2：鏡中奇遇記》上映；9月，由其參演的電視劇《紀錄進行時第二季》播出。2017年，與傑森·蘇戴奇斯主演科幻驚悚電影《克羅索巨獸》。
2018年6月8日，與桑德拉·布洛克、凱特·布蘭切特聯袂主演的劇情電影《瞞天過海：美人計》上映，她在片中飾演聲名狼藉、自私自利的電影明星達芙妮；同年，與瑞貝爾·威爾森共同主演犯罪喜劇電影《偷心女盜》，在片中飾演工薪階層的騙子約瑟芬·切斯特菲爾德。
2019年，與馬修·麥康納合作主演的驚悚電影《甯靜》上映，她在片中飾演長期遭受着家庭暴力的凱倫；同年，出演由羅伯特·澤米吉斯執導的奇幻電影《女巫再現》；3月，确定出演真人版《芝麻街》；5月9日，在好萊塢星光大道留名，拿到了屬于自己的星星；10月18日，與蒂娜·菲、安迪·加西亞聯合主演的愛情劇《現代愛情》播出，她憑借該劇入圍第25屆美國評論家選擇獎限定劇/電視電影類最佳女主角獎；11月22日，與馬克·魯法洛、比爾·坎普共同主演的傳記電影《黑水》上映。
2020年，與本·阿弗萊克、威廉·達福聯合主演懸疑驚悚電影《父親的遺願》。10月22日，主演的電影《女巫》在HBO Max上線。
2021年1月29日，将主演Apple TV 的新劇《WeCrashed》兼執行制片人，劇中飾演WeWork聯合創始人麗貝卡。
