Родилась 30 июня 1969 года в Москве в семье оператора Николая Немоляева — родного брата популярной киноактрисы Светланы Немоляевой. Дедушка — кинорежиссёр Владимир Немоляев, известен по фильмам «Счастливый рейс», «Доктор Айболит» и др., а бабушка всю свою жизнь проработала звукооператором на «Мосфильме».

В детстве Анастасия увлекалась рисованием, вышиванием, клеила игрушки, расписывала кухонные доски масляными красками. Активно снималась в кино в подростковом возрасте.

В 1991 году окончила ГИТИС (мастерская М. Захарова). С 1995 по 1999 играла в театре на Малой Бронной.

Анастасия Немоляева замужем за Вениамином Скальником, имеет троих детей. Вместе с мужем занимается дизайнерским бизнесом. Активно сотрудничает со многими известными галереями Москвы. Её работы (стекло, дерево, мебель) находятся в частных собраниях в России, Франции, Великобритании, Японии, Италии и других странах. Несколько работ А. Немоляевой находятся в Российском музее наивного искусства. В 2005 году приняла участие в художественной акции «Парад коров» в Москве.

C 2000-х годов Анастасия не работает в театре и изредка снимается в кино (фильм «Перегон», куда её пригласил Александр Рогожкин, сериал «Охотники за бриллиантами»), с мужем открыла собственную художественную «Студию Анастасии Немоляевой» и «Мастерскую Вениамина Скальника», где работает дизайнером в технике росписи по стеклу и дереву (мебель, посуда), а также расписывает интерьеры.