Nació en un barrio humilde de Roma aunque se barajó la posibilidad de que hubiera nacido en Alejandría; sea como fuere la actriz siempre se indignaba cuando alguien dudaba de su origen auténticamente romano.

Estudió en la Accademia d'Arte Drammatica de la capital italiana y poco después hace una gira teatral por América Latina. A su vuelta a Italia ingresa en el cabaret a lado de actores tan conocidos como Totó. Se convirtió en una afamada artista de music-hall, género que triunfó en Italia durante los años 20.

Su debut en el cine se produjo con "Scampolo" (1928) de Augusto Genina y "La ciega de Sorrento" (1934), pero las malas críticas la desanimaron y regresó a los escenarios teatrales.

En 1941 le llega su gran oportunidad cuando Vittorio de Sica le ofreció interpretar a una artista de music-hall en "Nacida en viernes". El papel parecía hecho a su medida y fue la plataforma de su lanzamiento a la fama. Luchino Visconti la vio en esta película y le dio el papel protagonista en "Ossesione", una adaptación del "El cartero siempre llama dos veces".

Anna Magnani se quedó embarazada lo que produjo un parón en su carrera aunque volvió pisando fuerte con "Roma, ciudad abierta" (1945) de Roberto Rosellini, película que la convertirá en el símbolo del neorrealismo italiano.

Tres años después rodó con el mismo director "L'Amore" una de sus películas más famosas. Con "Bellísima" de Visconti demostró su capacidad de emocionar al público.

Tanto éxito la hizo viajar a Hollywood y allí por "La rosa tatuada" (1955) de D. Mann consigue un Oscar a la mejor actriz.

Aunque la industria norteamericana le hizo numerosas ofertas sólo aceptó tres proyectos "Viento salvaje" (1957) de George Cukor, película por la que recibió un nominación al Oscar, "Piel de serpiente" (1960) de Sidney Lumet y "El secreto de Vittoria" (1969) de S. Kramer.

Estuvo casada con el director Goffredo Alessandrini y tuvo un hijo con el actor Massimo Serrato. Murió en Roma de un tumor de pancreas.