Анастасия Александровна Вертинская родилась 19 декабря 1944 года в Москве. Народная артистка РСФСР (17.03.1988).
Отец — Вертинский Александр Николаевич (1889-1957), великий русский шансонье, композитор, поэт, киноактер, один из родоначальников отечественного жанра авторской песни. Мать — Вертинская (Циргвава) Лидия Владимировна, художница и актриса (1923-2013).
Сестра — заслуженная артистка РСФСР Марианна Вертинская (род. 1943). В 1962 году актрису приняли в труппу Московского театра имени Пушкина. В 1967 году окончила Театральное училище имени Б.В. Щукина. В 1967-1968 годах — актриса театра имени Евгения Вахтангова, В 1968-1980 - актриса театра «Современник». Актриса МХАТа (1980-1989).
В кино 15-летняя Анастасия попала благодаря режиссёру Александру Птушко – именно он пригласил её сняться в роли Ассоль в экранизации «Алых парусов». Фильм, появившийся на экранах страны в 1961 году и снискавший громадный зрительский успех, сразу сделал молодую актрису знаменитостью. И на экране, и на сцене Анастасия Вертинская воплощает образы литературных героинь из произведений самых разных форм и жанров, сочинённых писателями самых разных эпох и направлений. Она – актриса утончённой психологической глубины и, по словам выдающегося режиссёра Анатолия Эфроса, «столь физически естественна и обладает такой изысканной актёрской грацией, что это кажется порой невероятным». В течение ряда лет вместе с Александром Калягиным актриса преподавала актёрское мастерство в Оксфорде, в Париже (с театром «Комеди Франсез», в Чеховской школе), в Швейцарии (в европейской киношколе). На сцене парижского театра «Nanterre des Amandiers» вместе с учениками поставили спектакль «Чехов. Акт III», куда вошли третьи акты из «Дяди Вани», «Трёх сестер» и «Вишнёвого сада». В 1991 году она создала и возглавляет Благотворительный фонд русских актёров (с 1996 года — Благотворительный фонд актёров). Анастасия Вертинская уже несколько лет не снимается в кино и не играет в театре. Актриса неожиданно начала заниматься кухней в ресторанах своего сына, Степана Михалкова. Она контролирует работу поваров в трёх отнюдь не последних московских заведениях.