Anna wurde 1708 als uneheliches Kind Peters des Großen und Martha Skrawronskas, der späteren Katharina I., in Moskau geboren. Erst drei Jahre später, 1711, wurde sie durch die Heirat ihrer Eltern legitimiert und zur Großfürstin erhoben.
Der Geheimratspräsident von Schleswig-Holstein-GottorfHenning Friedrich von Bassewitz bemühte sich, den jungen Herzog Karl Friedrich von Holstein-Gottorf mit einer der Zarentöchter zu verheiraten, damit der Herzog zum einen mit Hilfe des Zaren die Gottorfer Anteile am Herzogtum Schleswig von Dänemark zurückgewinnen könnte, sowie Unterstützung zur Erlangung des schwedischen Throns bekäme. Dies gelang ihm, als im November 1724 ein Vertrag über die Ehe zwischen Anna und Karl Friedrich geschlossen wurde. Das Paar musste allerdings für sich und seine Nachkommen auf den Zarenthron verzichten.[1]
Die Hochzeit fand nach dem Tod des Zaren (seit 1721 Kaiser) am 21. Maijul. / 1. Juni 1725greg. statt, zu deren Anlass Anna von ihrer Mutter Katharina zur zweiten Dame des Katharinenordens ernannt (die erste war Katharina selbst).[2] Während der Regierung Katharinas I. hatte das Ehepaar unter Menschikows Ränken zu leiden. Unter Übergehung ihrer Töchter Anna und Elisabeth ernannte die Kaiserin den Sohn ihres verstorbenen Stiefbruders Alexei, den späteren Peter II., zum Thronfolger. Aufgrund der Machenschaften Menschikows mussten Anna Petrowna und ihr Gatte im Juli 1727, kurz nach dem Tode der Kaiserin, Russland verlassen und zogen nach Kiel.
Bald nach der Geburt ihres Sohnes Karl Peter Ulrich, der 1762 als Peter III. den russischen Thron bestieg, starb Anna 1728 an Schwindsucht. Ihr Leichnam wurde später nach Sankt Petersburg überführt und nach einer standesgemäßen Beerdigung in der Peter-und-Paul-Kathedrale neben den übrigen Familienmitgliedern beigesetzt.