Après une formation de danseuse, Anne Fontaine débute comme actrice au début des années 1980, dans les vapeurs de TENDRES COUSINES de David Hamilton (1980).

Elle traverse les comédies SI MA GUEULE VOUS PLAÎT... de Michel Caputo (1981) et P.R.O.F.S. de Patrick Schulman (1985).

Elle fréquente les plateaux de fiction télé pour LES MYSTÈRES DE PARIS d'André Michel (1980), LE MYSTÉRIEUX DOCTEUR CORNÉLIUS de Maurice Frydland (1984), SÉRIE ROSE (1986) et CARTE DE PRESSE de Michel Favart (1988).

C'est en tant réalisatrice qu'elle devient célèbre.

Après sa chronique sentimentale remarquée, LES HISTOIRES D'AMOUR FINISSENT MAL... EN GÉNÉRAL (1993), elle dirige les comédies drolatiques AUGUSTIN (1995) et AUGUSTIN, ROI DU KUNG-FU (1999), héros décalé incarné par son frère Jean-Chrétien Sibertin-Blanc.

Elle signe le court métrage TAPIN DU SOIR pour L'@MOUR EST À RÉINVENTER (1996).

Elle se concentre sur des drames sombres, traversés par le désir, les traumas familiaux et les névroses, pour NETTOYAGE À SEC (1997), COMMENT J'AI TUÉ MON PÈRE (2001), NATHALIE... (2003) et ENTRE SES MAINS (2005).

Elle apparaît en 1999 dans PAS DE SCANDALE de Benoît Jacquot.

Elle s'essaie aussi à la fantaisie avec NOUVELLE CHANCE (2006), LA FILLE DE MONACO (2008) et MON PIRE CAUCHEMAR (2011), offrant toujours aux vedettes des rôles en or.

Se succèdent ainsi Miou-Miou, Charles Berling, Michel Bouquet, Fanny Ardant, Emmanuelle Béart, Gérard Depardieu, Benoît Poelvoorde, Isabelle Carré, Danielle Darrieux, Fabrice Luchini, André Dussollier et Isabelle Huppert.

Produite par son mari Philippe Carcassonne, elle révèle également au cinéma Stanislas Merhar et Louise Bourgoin.

Elle se lance dans sa première fiction biographique pour COCO AVANT CHANEL (2009) avec Audrey Tautou, entourée de Marie Gillain, Emmanuelle Devos et de son acteur fétiche Benoît Poelvoorde.

Elle adapte ensuite avec Christopher Hampton « Les Grand-mères » de Doris Lessing pour PERFECT MOTHERS (2013), qu'elle tourne en Australie avec Naomi Watts et Robin Wright en mères éprises de leurs fils respectifs (Xavier Samuel, James Frecheville).