Anastasia Griffith fait ses débuts à l'écran dans un rôle mineur, dans le téléfilm She's Gone en 2004. Toujours la même année, elle apparaît dans des rôles plus importants, dans le téléfilm Dirty Filthy Love et la comédie Irrésistible Alfie.
En 2005, elle joue dans la série La pire semaine de ma vie.
Après quelques apparitions dans des séries telles que New York, unité spéciale, Lipstick Jungle : Les Reines de Manhattan, ou encore The Cleaner, c'est en 2007 qu'elle obtient un rôle récurrent dans Damages, aux côtés de Rose Byrne, Glenn Close et Noah Bean.
En 2009, elle joue dans Trauma, mais NBC annule la série après une saison. Elle enchaîne avec un rôle dans quelques épisodes de Royal Pains, et en 2011, elle intègre la distribution de Once Upon a Time, jusqu'en 2012. Elle reprendra son rôle durant un épisode en 2014. Elle joue ensuite dans The Wrong Mans, Elementary, Zoo, ou encore Blacklist.
En 2018, elle retrouve un rôle important dans la série Deep State, aux côtés de Mark Strong.