AnnaShopia nació en Denver, Colorado, el 8 de diciembre de 1993. Hija única de Janet y David Robb, diseñadora de interiores y arquitecto, respectivamente, Robb compitió durante varios años en actividades como danza y gimnasia artística, antes de abandonarlos para dedicarse por completo a la actuación.

Estudió actuación en Denver, en el colegio Arapaoe High School. En 2004, tuvo su debut actoral, en un episodio de la popular serie juvenil Drake & Josh, para, posteriormente trabajar en la cinta para televisión Samantha: An American Girl Holiday (2004)

AnnaSophia participó, en 2005, en dos cintas basadas en populares libros infantiles. La primera fue Because of Winn-Dixie (2005), en el papel de Opal. La segunda, la exitosa adaptación de Charlie y la Fábrica de Chocolate (2005), cinta estelarizada por Johnny Depp y dirigida por Tim Burton.

La joven actriz ha participado en numerosas cintas, entre las que destacan Un Puente hacia Therabitia (2007), The Reaping (2007), Jumper (2008), La montaña embrujada (2009) y The Space Between (2010), entre varias más.

En 2012 fue seleccionada como la protagonista de la serie The Carrie Diaries, spin-off de la serie Sex & the City, donde daba vida a la versión adolescente de Carrie Bradshaw, personaje interpretado por Sarah Jessica Parker.