Anna Leopoldowna wurde am 7. Dezember 1718 in Rostock geboren. Sie war die Tochter des Herzogs von Mecklenburg-Schwerin Karl Leopold und der Zarin Jekaterina Iwanowna, einer Nichte von Peter I. Im Jahr 1731, nach dem Thronbesteigungsverfahren von Anna Iwanowna, ließ diese ihre Schwester und Nichte zu sich rufen, da sie einen Erben benötigte. Die Kaiserin hoffte, dass sie durch die Heiratsvermittlung von Elisabeth die Geburt eines Sohnes bei ihrer Nichte abwarten könnte, den sie dann den Thron übergeben würde. Elisabeth nahm die Orthodoxie an und erhielt den Namen Anna zu Ehren ihrer Tante.

1739 heiratete Anna Anton Ulrich, den Sohn des Herzogs von Braunschweig. Im folgenden Jahr wurde ihr Sohn Ivan geboren. Am 7. Oktober 1740 ernannte Anna Iwanowna das Kleinkind Ivan zu ihrem Nachfolger, und ihr Favorit, Herzog E. I. Biron, wurde sein Regent. Biron hatte jedoch keine Unterstützung unter dem Adel und den Magnaten. Feldmarschall B. K. Minich erhielt die Zustimmung von Anna Leopoldowna zur Festnahme von Biron, und am 7. November 1740 wurde er gestürzt. Am 9. November wurde ein Manifest im Namen von Ivan VI. veröffentlicht, das seine Mutter zur Regentin ernannte.

Anna Leopoldowna strebte danach, die Ungerechtigkeiten der vorherigen Herrschaft zu korrigieren. Sie befahl der Geheimkanzlei, Informationen über die verbannten Personen bereitzustellen, und die Kinder von A. P. Wolynski sowie Mitglieder der Familien Golizyn und Dolgorukov kehrten aus dem Exil zurück. Die anfänglichen Schritte von Anna versprachen eine liberale Herrschaft, aber ihr Verhalten führte zu Gerüchten und untergrub ihre Autorität. 1735 verliebte sie sich in den sächsischen Gesandten Graf Karl Moritz Linart, der dann erheblichen Einfluss auf die Geschäfte des Reiches gewann. Die Untertanen sahen in ihm einen neuen ausländischen Favoriten, ähnlich wie Biron. Ausländische Diplomaten bemerkten, dass die Sanftheit der neuen Regierung als Schwäche wahrgenommen wurde. Die Unzufriedenheit mit Anna Leopoldowna wuchs in der Hauptstadt und unter der Garde.

In der Nacht vom 24. auf den 25. November 1741 kam es durch einen Putsch zur Machtübernahme von Elisabeth Petrowna, der Tochter von Peter I. Anna Leopoldowna, Anton Ulrich und ihre Kinder wurden verhaftet. Anna wurde von ihrem Sohn Ivan Antonowitsch getrennt, und die Familie wurde ins Dorf Cholmogory bei Archangelsk verbannt, wo sie noch drei weitere Kinder zur Welt brachte. Anna Leopoldowna starb am 7. März 1746 an Wochenbettfieber.