Анна Олеговна Матисон родилась 8-го июля 1983-го года в Иркутске. Детство провела в Академгородке города Иркутска, где она, ее двое братьев и родители ютились впятером в крошечной однокомнатной квартирке. Семья жила скромно, но детям всегда уделялось много времени и внимания. Мама Анны, талантливая журналистка, водила ее на всевозможные кружки и секции, стараясь развить незаурядные способности дочери, которые начали проявляться уже в раннем возрасте.
В 16 лет юную Аню приняли на должность внештатного корреспондента местного телеканала. Работа полностью захватила талантливую девочку, хотя поначалу ей приходилось таскать тяжелые штативы и скручивать длиннющие провода. Однако вникнув в суть журналистской работы, Анна настолько увлеклась этой профессией, что стала сама монтировать ролики со своими сюжетами. Можно сказать, это был ее первый режиссерский опыт. В телекомпании Анна прошла путь от внештатного корреспондента до главного продюсера. Работу на телевидении девушка успешно совмещала с учебой на международном факультете Иркутского государственного университета.
В 2004-м году совместно с режиссёром и продюсером Юрием Дорохиным основала собственную производственную студию «REC.production», занимающуюся созданием видеофильмов, а также аудио- и видеорекламы.
В 2008-м году её студия создала короткометражный фильм «Настроение улучшилось» на текст одноимённого произведения Евгения Гришковца. Анна Матисон на этом проекте выступала в роли режиссёра и сценариста. Гришковец заинтересовался фильмом и его создателями и предложил Анне сотрудничество, которое позже вылилось в создание полнометражного фильма «Сатисфакция», документального сериала «Без сценария», ряда музыкальных клипов, пьес «Дом» и «Уик-энд», аудио-спектакля «Реки».
В этом же году Анна Матисон переехала в Москву и поступила на сценарный факультет ВГИКа, в мастерскую Натальи Рязанцевой, который окончила в 2013-м году с красным дипломом.
Также в 2008-м году сценарий Анны Матисон «Добрый вечер» (который лег в основу сценария фильма «Млечный путь») попал в шорт-лист премии «Дебют» в номинации «Драматургия» и стала лауреатом премии «Студенческий букер».
В 2009-м году в театре «Школа современной пьесы» состоялась премьера пьесы «Дом». В 2011-м году пьесу поставил МХТ им. Чехова. Пьеса также идёт в театре им. Лермонтова (Казахстан) и театре Sicaalexandrescu (Румыния).
Фильм «Сатисфакция» — участник конкурсной программы фестиваля «Кинотавр» 2009. Был отмечен призом редакции газеты «Московский комсомолец» на фестивале «Московская премьера», а также призом зрительских симпатий на фестивале «Меридианы Тихого».
Режиссёрским и сценарным дебютом в художественном кино для Анны Матисон стал фильм «Сатисфакция», выпущенный на экраны в 2010-м году. Соавтором сценария выступил Евгений Гришковец, который также снялся в главной роли. Фильм вышел широким прокатом и участвовал в программе таких фестивалей, как «Кинотавр»,«Меридианы Тихого», «Московская премьера», «Святая Анна», «Voices».
Помимо художественного кино является также режиссёром-документалистом. Так в 2011-м году на «Первом канале» был показан полнометражный документальный фильм «Музыкант» о пианисте Денисе Мацуеве.
В 2012—2013 годах были созданы три фильма о дирижёре Валерии Гергиеве и Мариинском театре: «Мариинский театр и Валерий Гергиев», «Продолжение следует».
Стоит также отметить фильм «Семь дней одного года», рассказывающий о Михаиле Турецком и его вокальных коллективах — «Хоре Турецкого» и «Сопрано-10».
В 2013—2014 годах снимала детский музыкальный фильм «Большие приключения маленького Сашки Крапивкина» с участием Евгения Гришковца и Дениса Мацуева.
В 2014-м году по заказу Мариинского театра сняты фильмы-оперы «Левша» (Р. К. Щедрин), «Семён Котко» (С.С. Прокофьев), «Троянцы» (Г. Берлиоз).
Также вышла пьеса «Уик энд» («Конец недели»), написанная с Евгением Гришковцом.
25-го декабря 2014-го года состоялась премьера постановки оперы Римского-Корсакова «Золотой петушок» — дебют Анны Матисон в Мариинском театре. В этом спектакле она выступила одновременно как режиссёр-постановщик, художник-постановщик и художник по костюмам.
В 2016-м году фильм «После тебя» вошёл в конкурсную программу 29-го Токийского кинофестиваля, а также вышла на экраны новая картина Анны Матисон «Млечный путь».
11 марта 2016 года Анна Матисон вышла замуж за актёра Сергея Безрукова, с которым она познакомилась в феврале 2015 года]. 4 июля 2016 года родила дочь Марию.