Анна Леопольдовна родилась 7 декабря 1718 года в Ростоке. Она была дочерью герцога Мекленбург-Шверинского Карла Леопольда и царевны Екатерины Ивановны, племянницы Петра I. В 1731 году, после восшествия на престол Анны Ивановны, та вызвала к себе сестру и племянницу, поскольку нуждалась в наследнике. Императрица надеялась, что, выдав Елизавету замуж, она дождётся рождения у племянницы сына, которому передаст престол. Елизавета приняла православие и получила имя Анна в честь своей тётки.

В 1739 году Анна вышла замуж за Антона Ульриха, сына герцога Брауншвейгского. В следующем году у них родился сын Иван. 7 октября 1740 года Анна Ивановна назначила младенца Ивана своим наследником, а регентом при нём стал её фаворит герцог Э. И. Бирон. Однако Бирон не имел поддержки среди дворянства и вельмож. Фельдмаршал Б. К. Миних получил согласие Анны Леопольдовны на арест Бирона, и 7 ноября 1740 года его свергли. 9 ноября был обнародован манифест от имени Ивана VI, назначивший его мать правительницей.

Анна Леопольдовна стремилась исправить несправедливости прошлого правления. Она приказала Тайной канцелярии предоставить сведения о сосланных людях, и из ссылки вернулись дети А. П. Волынского и члены семей Голицыных и Долгоруких. Первоначальные шаги Анны обещали либеральное правление, но её поведение вызывало сплетни и подрывало авторитет. В 1735 году она влюбилась в саксонского посланника графа Карла Морица Линара, который затем приобрёл значительное влияние в делах империи. Подданные видели в нём нового иностранного фаворита, подобного Бирону. Иностранные дипломаты отмечали, что мягкость нового правительства воспринимается как слабость. Недовольство Анной Леопольдовной росло в столичном обществе и среди гвардии.

В ночь с 24 на 25 ноября 1741 года в результате переворота к власти пришла Елизавета Петровна, дочь Петра I. Анна Леопольдовна, Антон Ульрих и их дети были арестованы. Анну разлучили с сыном Иваном Антоновичем, и семью сослали в село Холмогоры под Архангельском, где у них родилось ещё трое детей. Анна Леопольдовна скончалась 7 марта 1746 года от родильной горячки.