Née à Paris descendante des familles de boyards Bibescu et Craioveşti de Roumanie, elle est la fille du prince Grigore Bibescu-Basarab, lui-même fils du prince valaque Gheorghe Bibescu et de la princesse Zoe Brâncoveanu. Sa mère est la pianiste grecque Raluca Moussouros, à qui Ignacy Paderewski dédia nombre de ses compositions.
Sa tante, la princesse Elena Bibescu, a, sous le nom d'Hélène Bibesco, joué un rôle actif dans la vie artistique parisienne à la fin du XIXe siècle jusqu'à sa mort en 1902.
Elle entretint une liaison avec Henri Franck (mort en 1912), poète patriotique proche de Maurice Barrès, frère de Lisette de Brinon[réf. nécessaire].
En 1897, elle épouse Mathieu de Noailles (1873-1942), quatrième fils du septième duc de Noailles. Le couple, qui fait partie de la haute société parisienne de l'époque, a un fils, le comte Anne Jules (1900-1979).
Anna de Noailles écrit trois romans, une autobiographie et un grand nombre de poèmes. Son lyrisme passionné s'exalte dans une œuvre qui développe, d'une manière très personnelle, les grands thèmes de l'amour, de la nature et de la mort. Au début du XXe siècle, son salon de l'avenue Hoche attire l'élite intellectuelle, littéraire et artistique de l'époque parmi lesquels Edmond Rostand, Francis Jammes, Paul Claudel, Colette, André Gide, Maurice Barrès,Frédéric Mistral, Robert de Montesquiou, Paul Valéry, Jean Cocteau, Alphonse Daudet, Pierre Loti, Paul Hervieu ou encore Max Jacob.
En 1904, avec d'autres femmes telles que Mme Alphonse Daudet et Judith Gautier (la fille de Théophile Gautier), Anna de Noailles créa le prix « Vie Heureuse », issu de la revue du même nom, qui deviendra plus tard le prix Fémina, récompensant la meilleure œuvre française écrite en prose ou en poésie.
Anna de Noailles est si connue en son temps que plusieurs peintres de renom de l'époque firent son portrait, comme Antonio de la Gandara, Kees van Dongen, Jacques-Émile Blanche ou Philip Alexius de Laszlo (illustration sur cette page). En