Anna Alexandrovna Vyrubova s-a născut pe 16 iulie 1884 în Oranienbaum, lângă Sankt Petersburg, și a fost fiica lui Aleksandr Taneyev, secretar șef al cancelariei imperiale și un compozitor remarcabil, și a contesei Nadejda Tolstoi, care era descendenta mareșalului Mihail Kutuzov și, datorită acestor legături de familie, a fost în proximitatea curții imperiale de la o vârstă fragedă.
Anna a fost în copilărie prietena de joacă a prințului Felix Yussupov, care mai târziu va fi unul dintre cei implicați în uciderea călugărului Grigori Rasputin. În adolescență contesa
a fost descrisă ca înaltă și solidă, cu o față strălucitoare, dar fără prea mult farmec. Deși nu era prea inteligentă, era destul de vicleană și părea că va fi dificil să își găsească un soț din cauza temperamentului ei invaziv. În acea perioadă nimeni nu ar fi crezut că această fată atât de puțin atractivă va deveni, într-o bună zi, prietena intimă și, în același timp, “geniul cel rău” al țarinei Alexandra pentru că, datorită ei, Rasputin va avea parte de o ascensiune neașteptată la curtea imperială.
În 1905, pe când avea douăzeci de ani, Anna a fost invitată să meargă în vacanțe cu familia Romanov și a repetat această experiență trei ani la rând, devenind prietenă la cataramă cu cuplul imperial. În 1907, contesa s-a căsătorit cu Alexandru Vasilievici Vyrubov, ofițer al cancelariei imperiale, deși cu câteva zile înainte bunul ei prieten, Grigori Rasputin, o avertizase că mariajul va fi unul nefericit.
Potrivit contesei Vyrubova, soțul ei era nebun și ipohondru, mergea frecvent pentru diverse tratamente în Elveția, era complet lipsit de ambiție și nu a reușit să găsească nimic în comun cu el, așa că cei doi au divorțat după un an și jumătate. Mama Annei Vyrubova a declarat însă, după Revoluția din februarie 1917, că ginerele ei “s-a dovedit complet neputincios, cu o psihologie sexuală extrem de perversă care se manifesta în diverse episoade sadice care i-au provocat suferință morală Annei și a evocat un sentiment de absolut dezgust între cei doi soți”.
După divorț Anna Vyrubova a devenit una dintre adeptele fervente ale lui Grigori Rasputin și, la ordinul țarinei, a plecat într-o călătorie în satul natal al călugărului, Pokrovskoye, pentru a cerceta zvonurile care începuseră să circule despre acesta. Contesa a vizitat și câteva mănăstiri din zonă și când s-a întors la curte i-a spus Alexandrei Feodorovna că părintele Grigori este singurul mijlocitor cu Dumnezeu și singurul om cu rugăciuni eficiente din întreg imperiul.
La începutul lunii octombrie 1912, țareviciul Alexei, unicul fiu al Alexandrei, a început să se simtă foarte rău din cauza hemofiliei de care suferea și a primit ultima împărtășanie. Disperată, țarina i s-a 
adresat doamnei sale de onoare pentru a-l chema pe călugăr să îl vadă pe micul Alexei și de atunci Anna a intermediat aproape toate întrevederile dintre țarină și Rasputin. Treptat acesta a devenit consilierul personal al Alexandrei, iar Vyrubova îl convoca în fiecare dimineață la ora zece și îl invita în casa galbenă din Țarskoye Selo pentru a o întâlni pe Alexandra.
În timpul Primului Război Mondial, Anna a devenit asistentă medicală la Crucea Roșie și, împreună cu țarina Alexandra și cu cele două fiice mai mari
ale acesteia, Marea Ducesă Olga și Marea Ducesă Tatiana, s-a ocupat de soldații răniți. Întâmplarea a făcut ca Vyrubova să fie grav rănită într-un accident de tren petrecut între Sankt Petersburg și Țarskoye Selo în ianuarie 1915, rămânând aproape paralizată. Rasputin a vizitat-o pe convalescentă, iar ea a declarat mai târziu că doar datorită rugăciunilor călugărului este în viață.
Cu banii pe care i-a primit ca despăgubire în urma accidentului de 
tren, contesa Vyrubova a început să construiacă un spital și, de asemenea, plănuia să construiască pe proprietatea ei o biserică dedicată lui Serafim din Sarov, unul din cei mai cunoscuți monahi și mistici ai Bisericii Ortodoxe Ruse. Pe 16 decembrie 1916, într-o vineri seară, Rasputin i-a spus Annei Vyrubova că va merge într-o vizită la prințul Felix Yusupov, fiind invitat la Palatul Moika, reședința acestuia, pentru a o cunoaște pe soția lui, Irina. A doua zi dimineața, cum călugărul nu se întorsese acasă, fiica lui a venit neliniștită la contesa Anna. Imediat aceasta a anunțat-o pe țarină și cele două și-au dat seama că Irina, soția prințului Yusupov nici măcar nu era în oraș.
Alexandra a ordonat imediat o anchetă, prințul Felix și Marele Duce Dmitri, unul dintre complicii lui, au fost plasați în arest la domiciliu în Palatul Serghei și două zile mai târziu cadavrul călugărului Rasputin a fost găsit lângă Podul Bolșoy Petrovsky. După autopsie, corpul neînsuflețit a fost așezat într-un sicriu de zinc, a urmat o mică slujbă la Biserica Chesme și a fost apoi înmormântat pe proprietatea Annei Vyrubova. La ceremonie au participat cuplul imperial, Alexandra și Nicolae al II-lea, și cele patru fiice ale lor, țareviciul Alexei fiind 
prea bolnav pentru a putea fi deplasat, alături de contesa Anna Vyrubova, servitoarea ei și câțiva dintre prietenii apropiați ai lui Rasputin.
În anii care au urmat contesa a rămas în proximitatea familiei imperiale, fiind nelipsită la evenimentele private și oficiale ale curții, iar în timpul Revoluției bolșevice, Anna, bolnavă de rujeolă exact în acea perioadă, a fost arestată pe 21 martie 1917 și a stat cinci luni în Fortăreața Petru și Paul. În timpul anchetei la care a fost supusă, contesa Vyrubova a recunoscut că îl vedea pe Rasputin o dată sau de două ori pe săptămână, dar a mințit cu seninătate în privința implicării ei în afacerile de la curtea imperială. Anchetatorii au decis că era prea naivă și prostuță ca să fi avut vreo influență asupra țarinei, dar instanța a condamnat-o la moarte.
În memoriile ei, Anna a descris viața în închisoare, dar și felul spectaculos în care a reușit să evadeze. Ea spune că era dusă la locul execuției când, în mod miraculos, a întâlnit mai mulți prieteni vechi ai tatălui său pe o stradă din Sankt Petersburg care au 
ajutat-o să scape. S-a ascuns de bolșevici timp de câteva luni în oraș și a reușit să fugă în Finlanda abia în decembrie 1920.
Înainte de a părăsi Uniunea Sovietică, contesa se împrietenise cu scriitorul Maxim Gorky, care o îndemnase să-și scrie memoriile, iar ea i-a urmat sfatul când a ajuns în exil. Cartea ei, “Memories of the Russian Court”, a apărut în 1923 și conține multe informații directe despre viața la curtea imperială, circumstanțele morții lui Rasputin, Revoluția din februarie și evenimentele din jurul abdicării țarului Nicolae al II-lea.
Anna Vyrubova a locuit o vreme la Viipuri și mai
târziu s-a stabilit la Helsinki, a depus jurământul monahal și a devenit călugăriță ortodoxă, dar i s-a permis să locuiască în propria ei casă, nu la mănăstire, din cauza dizabilităților sale fizice. Fosta doamnă de onoare a țarinei a murit pe 20 iulie 1964, la vârsta de 80 de ani, la Helsinki și este înmormântată în secțiunea ortodoxă a cimitirului Hietaniemi.
