Анастасия Заворотнюк родилась 3 апреля 1971 года в Астрахани в артистической семье. Мама - народная артистка, работала в ТЮЗе, отец на телевидении. С детского возраста Анастасия мечтала играть в театре. Она росла за кулисами, занималась музыкой и танцами, участвовала в танцевальном ансамбле "Лотос".
Но закончив школу, Анастасия сначала поступила в Астраханский пединститут на исторический факультет. Проучившись один курс, она поняла, что занимает чужое место и при поддержке отца решила поступать в театральный. Сообщив маме, что едет на "археологические раскопки", она поехала в Москву.
Здесь она пробовала поступать в ГИТИС, но ее не приняли. Тогда она подала документы в Школу-студию МХАТ, и в "Щуку". Приняли ее и там и там, но Анастасия выбрала Школу-студию при МХАТ им. А. П. Чехова (курс Авангарда Николаевича Леонтьева). В 1991 году она дебютировала в кино – в картине "Машенька" Тамары Павлюченко по мотивам книги Набокова. Через два года, закончив МХАТ, Анастасия стала актрисой театра-студии Табакова — "Табакерка". За 10 лет работы в театре она сыграла в 29 спектаклях. Любимой ролью актрисы стала роль Вари из спектакля "Страсти по Бумбарашу".
Известной Заворотнюк сделала комедия положений "Моя прекрасная няня", на съемочной площадке которой она познакомилась с продюсером и актером сериала –Жигуновым. Характерный украинский акцент для своей героини актриса позаимствовала у коллеги по театру — Ольги Блок-Миримской.
Анастасия Заворотнюк нередко выступает в роли телеведущей, В 2005 году она сменила Тину Канделаки на посту ведущей программы "Хорошие песни" на канале СТС и вела эту передачу вместе с Александром Цекало. Вела программы "Кухня для чайников", "Танцы со звездами".
В 2006 году Заворотнюк снялась в приключенческом боевике "Код апокалипсиса". Продюсером этой картины выступил Сергей Жигуной, который решил резко изменить образ актрисы после многосерийной "Няни", и представить ее в новом качестве – спецагента, борющегося с международными террористами. Противника Анастасии в этой картине сыграл известный французский актер Венсан Перес.