Мать Анны мечтала о том, что дочь окончит музыкальную школу и выйдет замуж за военного. В семь лет девочке купили пианино, и она начала заниматься музыкой сначала дома, а потом в музыкальной школе. В 14 лет Анна поступила в Череповецкий народный театр.
В 1978 году Анна поступила на актёрское отделение Ярославского театрального училища. В 1979 году будущая актриса вышла замуж за однокурсника Александра Самохина. По окончании училища в 1982 году супруги Самохины уехали по распределению работать в ТЮЗ Ростова-на-Дону.
В 1983 году у Анны и Александра родилась дочь Александра, которая тоже стала актрисой. В 2004 году Александра Самохина окончила Санкт-Петербургскую Академию театральных искусств, снималась в кино, играла в антрепризных спектаклях вместе с мамой.
В 1987 году Анна Самохина получила главную роль – Мерседес – в советском приключенческом художественном фильме Георгия Юнгвальд-Хилькевича «Узник замка Иф» по роману Александра Дюма «Граф Монте-Кристо». Дебют в кино оказался очень удачным, и в 1988 году режиссёр Юрий Кара пригласил актрису сняться в криминальной драме «Воры в законе». Этот фильм, поставленный по рассказам Фазиля Искандера, в котором играло много известных актёров, был очень хорошо встречен публикой (его посмотрели 39,5 миллионов зрителей), но безжалостно обруган критикой. Благодаря этим двум фильмам Анна Самохина стала популярной.
В 1989 году актриса поступила в труппу Театра имени Ленинского комсомола в Ленинграде.
Среди киноработ Анны Самохиной можно выделить роли в киноленте Яна Фрида «Дон Сезар де Базан» (1989), в исторической драме «Царская охота» (1990) Виталия Мельникова, в которой она сыграла княжну Тараканову. Классическая красота актрисы особенно хорошо смотрелась в пышном антураже костюмных фильмов, и режиссёры это активно использовали.
В начале 1990-х годов Анна Самохина сыграла несколько десятков ролей в художественных фильмах разных жанров – в комедиях, детективах, боевиках, исторических лентах.
Кроме того, Самохина как художественный руководитель студии «Диапазон» представляла в 1996 году на фестивале в Монако исторический телевизионный художественный фильм «Гроза над Русью» (1992), поставленный по роману «Князь Серебряный» Алексея Толстого. В этой картине свои последние роли исполнили Сергей Бондарчук и Олег Борисов.
После громких ролей казалось, что звёздная карьера актрисе обеспечена, но в стране наступали трудные времена, отразившиеся и на кинематографе. По финансовым соображениям ей приходилось соглашаться на неинтересные, коммерческие роли. И вскоре Самохина устала от такой работы. Работать приходилось по 14 часов в сутки. Напряжённый график сказывался на здоровье, и Самохина стала отклонять практически все предложения.
Вместе со вторым мужем Дмитрием Анна занялась бизнесом – они открыли в Санкт-Петербурге рестораны «Граф Суворовъ» и «Поручик Ржевский».
Про кино Самохина тоже не забывала. В 1999 году актриса снялась в популярном сериале «Улицы разбитых фонарей 2. Новые приключения ментов», а в 2001 году на экраны вышел сериал «Чёрный ворон», в котором Анна Самохина сыграла Аду Захаржевскую, потомственную колдунью.
Анна Самохина также подрабатывала конферансом, вела концерты в паре с Николаем Поздеевым.
Возвращение актрисы в мир театра и кино состоялось в 2003 году, когда с репетициями нового спектакля Самохина вышла на сцену драматического театра «Колесо» в Тольятти. Актриса сыграла главную роль в пьесе «Жозефина и Наполеон» чехословацкого драматурга Иржи Губача (роль крестьянки с острова Святой Елены, куда был сослан Наполеон). В том же году на экраны вышли новые сезоны сериала «Бандитский Петербург», где Самохина вместо Ольги Дроздовой доигрывала роль Екатерины Званцевой.
Премьера спектакля «Жозефина и Наполеон» состоялась 8 марта 2004. Постановка увенчалась успехом. Чтобы увидеть Самохину, зрители приезжали из соседних городов. Вскоре премьеры состоялись в Самаре и Санкт-Петербурге. Позже актриса играла в спектакле «Влюблённый Мопассан» Санкт-Петербургского «Театрального центра на Коломенской».
Последние годы актриса много и успешно работала в кино и на театральной сцене Санкт-Петербургского театра «Русская антреприза имени Андрея Миронова», а также в Санкт-Петербургском антрепризном театре комедий.
Одна из самых лучших театральных ролей Самохиной – роль Вари, девушки из провинции, в спектакле «Виновник торжества» Санкт-Петербургского малого театра комедии, который теперь носит её имя (Санкт-Петербургский малый театр комедии имени Анны Самохиной).
В фильмографии актрисы 48 кинопроектов, среди них – «Царская охота», «Женский день», «Дура», «Исчадье ада», «Гангстеры в океане», «Тартюф», «Идеальная пара», «Рэкет», «Страсти по Анжелике», «Волчицы», «Русский транзит», «Колесо любви», «Бульварный роман», «Поезд до Бруклина», «Китайский сервиз», «Дом Надежды», «Вицмундиръ», «Повторение пройденного», «Дом без выхода», «В стиле jazz», «Цвет пламени» и многие другие.
Красота Анны Самохиной мало кого оставляла равнодушным. Запоминающаяся внешность и обаяние сделали артистку секс-символом перестроечного кино.
В феврале 2010 года она должна была вместе со своим партнёром по сцене Дмитрием Харатьяном начать репетировать в спектакле «Ах, этот Ходжа Насреддин» по пьесе Георгия Юнгвальд-Хилькевича. Но вместо работы актрисе пришлось срочно заняться своим здоровьем.
В конце ноября 2009 года актриса внезапно почувствовала боль в желудке и была госпитализирована. Врачи диагностировали рак желудка в последней стадии. К сожалению, Анну Самохину спасти не удалось. Болезнь развивалась стремительно. Родные хотели отправить её на лечение за границу, но не успели.
Умерла Анна Самохина 8 февраля 2010 года. Похоронена на Смоленском кладбище Санкт-Петербурга.