Анастасия Талызина родилась 5 июля 1999 года в Москве в актёрской семье: её бабушка — Народная артистка РСФСР Валентина Талызина, мать — актриса Ксения Хаирова. В детстве занималась балетом и выступала в Большом театре, но из-за травмы колена прекратила танцевальную карьеру. В 2020 году окончила Театральное училище им. Щепкина, дебютировала в кино в 2018 году в фильме «Пиковая дама: Зазеркалье».

Среди заметных работ актрисы — фильмы «Тонкие материи», «Патриот», «Воздух» (2023), получивший высокие оценки критиков. Алексей Герман-мл. назвал её звездой нового поколения. В августе 2024 года она вышла замуж за актёра Сергея Новосада. В социальных сетях Анастасия делится творчеством и занимается благотворительностью.