Anna Sawai vit en Nouvelle-Zélande, à Hong Kong et aux Philippines, avant que ses parents s’installent définitivement au Japon. A l’âge de 11 ans, elle fait ses débuts sur scène en tenant le rôle-titre de la comédie musicale Annie. Deux ans plus tard, la jeune artiste en herbe signe un contrat avec le label Avex Inc., qui lui permet de se former au chant, à la danse et la comédie.

Après une apparition dans le film Ninja Assassin de James McTeigue, Anna Sawai intègre en 2012 le groupe de J-pop ARA. Leur unique single, "Make My Dreams Come True", ne provoquant pas l’hystérie, les filles se séparent. Anna connaît le succès, de 2013 à 2018, avec les Faky. Le groupe enchaîne de nombreux singles, clips et albums, pour le plus grand bonheur de leur communauté de fans.

Préférant désormais se consacrer à une carrière d’actrice, Anna Sawai devient, en 2019, la fille d’un chef de la Yakuza dans la série britannique Giri/Haji, puis une adepte des arts martiaux dans le 9ème volet de la célèbre franchise Fast & Furious. Malgré le succès mitigé du film, la jeune femme se fait remarquer, à l’international, aux côtés d'habitués tels que Vin Diesel, Michelle Rodriguez et Jordana Brewster.

Sur cette belle lancée, la comédienne rejoint l’écurie d’Apple TV+ : d’abord avec un rôle récurrent dans Pachinko, un drama sur une famille d’immigrés coréens, et Monarch: Legacy of Monsters. Dans cette série se déroulant quelques années après les événements de Godzilla (2014), elle prête ses traits à l’héroïne, Cate Randa, laquelle enquête sur les liens entre son père disparu et une organisation secrète qui surveille les monstres géants connus sous le nom de "Titans".

Plus rien n’arrête Anna Sawai. Disney+ lui offre en 2024 le rôle principal féminin de la revisite de Shōgun, une mini-série dont les événements se déroulent à l'époque du Japon féodal. Aux côtés de Hiroyuki Sanada et Cosmo Jarvis, elle incarne Lady Mariko, laquelle sert d'interprète entre le Seigneur Toranaga et un navigateur anglais échoué sur leur île, dans un contexte politique très tendu. Les critiques saluent la performance toute en nuances de la jeune femme. Le succès du show dans de nombreux pays la propulse sous les feux des projecteurs.