Родилась 10 декабря 1940 года в Москве.
Спортсменка (теннис), тренер, спорторганизатор, журналист, комментатор.
Заслуженный мастер спорта СССР (1964).
Окончила МГУ имени М.В. Ломоносова (1966).
Выступала за ВФСО «Динамо» (Москва) — 1953-68. Тренировалась под руководством Н.С. Тепляковой.
Чемпионка СССР (1959, 1961, 1962-64 — в одиночном разряде; 1958-64, 1966-67 — в парном разряде; 1959, 1961-62, 1964 — в смешанном разряде), финалистка чемпионатов СССР (1958, 1960, 1967 — в одиночном разряде; 1971 — в парном разряде; 1958, 1960, 1966 — в смешанном разряде).
Победительница Всесоюзных зимних соревнований (1961-65 — в одиночном разряде; 1959-61, 1964-65, 1967-68 — в парном разряде; 1959-61, 1963-64, 1967 — в смешанном разряде).
Абсолютная чемпионка Москвы (1959, 1963 — зима и лето). Абсолютная чемпионка ЦС ВФСО «Динамо» (1961-62).
Чемпионка Москвы среди девочек (1954, 1957 — в одиночном разряде; 1954, 1956, 1957 — в парном разряде; 1956 — в смешанном разряде). Победительница Всесоюзных спартакиад школьников (1958 — в одиночном разряде; 1957, 1958 — в парном разряде).
В 10-ке сильнейших теннисисток СССР — 1957-72.
Победительница Зимнего международного турнира (1962-64, 1967 — в одиночном разряде; 1961, 1963-65, 1967-68 — в парном разряде; 1963-65, 1968 — в смешанном разряде), Летнего международного турнира (1959-60, 1964 — в одиночном разряде; 1960, 1967 — в парном разряде; 1960 — в смешанном разряде). Победительница открытого чемпионта Венгрии (1962) в парном разряде и миксте, абсоютная победительница открытых чемпионатов Чехословакии (1962), Уганды (1963), Игр стран Азии и Африки (ГАНЕФО, 1963), чемпионка «Королевского клуба» (1963) в парном разряде, победительница международного турнира в Алжире (1964) в одиночном разряде и миксте, международного турнира в Каире (1965) в миксте, открытого чемпионата Скандинавии (1965) в парном разряде, Уимблдонского турнира «Плейт» (1965), Бэкнемского турнира (1965) в миксте, открытого чемпионата Югославии (1966) в одиночном разряде, международного турнира в Александрии (1968) в одиночном разряде, финалистка Бэкнемского турнира (1962) в парном разряде, открытого чемпионата Скандинавии (1965) в одиночном разряде, открытого чемпионата Югославии (1966) в парном разряде.
Финалистка Уимблдонского турнира среди девушек (1958).
Тренер ВФСО «Динамо» (Москва) — 1969-73.
В Гостелерадио СССР — 1975-91: корреспондент, редактор, с 1980 года — старший редактор, затем — комментатор отдела информации Главной редакции спортивных программ телевидения и радио. Комментатор телеканалов НТВ — с 1993 года, «Матч ТВ» — 2015 (с ноября)-16 (по май), «Eurosport» — с мая 2016 года. Заместитель руководителя, художественный руководитель канала «НТВ-Плюс Спорт» — 1996 (с ноября)-2004 (по ноябрь), директор дирекции спортивных каналов «НТВ-Плюс» — 2004 (с ноября)-10 (по август).
Автор и ведущая программы «Теннис в полночь с Анной Дмитриевой» на телеканале НТВ.
Президент Международный лаун-теннисный клуб России (Москва) — с 1997 года.
Член Академии российского телевидения — с 2004 года.
Автор книги «Играй в свою игру» (1972).
Лауреат премии «Золотой микрофон» в номинации «Лучший спортивный комментатор российского телевидения» (1997), премии «Телегранд» (2008).
Введена в Зал российской теннисной славы (2004).
Отец — театральный художник В.В. Дмитриев, мать — актриса театра М.В. Пастухова, брат — телеведущий В.К. Молчанов.
