Anya Taylor-Joy tinggal bersama keluarganya di Buenos Aires dan bersekolah di Northlands School hingga usia enam tahun, ketika keluarga tersebut pindah ke daerah Victoria di London. Ia fasih berbahasa Spanyol dan Inggris. Anya mengalami perpindahan tersebut sebagai sesuatu yang "traumatis" dan awalnya menolak untuk belajar bahasa Inggris dengan harapan bisa kembali ke Argentina. Ia bersekolah di Hill House International Junior School dan Queen's Gate School, serta berakting dalam produksi sekolah. Anya mengalami kesulitan dalam berinteraksi sosial di sekolah, mengingat bahwa ia merasa tidak cocok di mana pun. Ia sering dikunci dalam loker oleh teman-temannya.
Awalnya, Anya Taylor-Joy berlatih balet hingga usia 15 tahun. Pada usia 17 tahun, ia ditemukan oleh pendiri Storm Management, Sarah Doukas, saat sedang berjalan-jalan dengan anjingnya di luar toko departemen Harrods di Knightsbridge, London. Anya menandatangani kontrak dengan agensi tersebut dengan syarat bahwa akting tetap menjadi hasrat dan tujuannya yang utama. Saat sedang melakukan pemotretan sebagai model untuk mempromosikan serial televisi Downton Abbey, Anya hampir menolak karena sedang belajar untuk ujian GCSE-nya. Namun, ia kemudian diperhatikan oleh aktor Downton Abbey, Allen Leech, saat sedang membantu kru dan membacakan puisi "Digging" karya Séamus Heaney untuk screentest yang akan datang. Allen kemudian memperkenalkannya kepada agennya, dengan siapa Anya menandatangani kontrak sebagai aktris.
Karir Anya Taylor-Joy dimulai dengan peran kecil di beberapa acara televisi. Namun, terobosannya terjadi ketika ia memerankan peran utama dalam film horor The Witch pada tahun 2015. Ia kemudian membintangi film horor Split (2016), sekuelnya Glass (2019), dan film komedi hitam Thoroughbreds (2017). Anya memenangkan Trophée Chopard di Festival Film Cannes 2017. Ia juga tampil dalam musim kelima dan keenam dari drama kriminal televisi Peaky Blinders (2019–2022), dan memerankan Emma Woodhouse dalam drama periode Emma (2020), yang membuatnya mendapatkan nominasi Golden Globe Award. Pada akhir 2020, Anya mendapatkan pujian dan pengakuan internasional atas penampilannya sebagai jenius catur Beth Harmon dalam miniseri Netflix The Queen's Gambit. Ia memenangkan Golden Globe Award dan Screen Actors Guild Award, serta mendapatkan nominasi Emmy Award. Sejak itu, Anya Taylor-Joy juga membintangi film Last Night in Soho (2021), The Northman (2022), The Menu (2022), dan The Super Mario Bros. Movie (2023). Ia telah memenangkan beberapa penghargaan, termasuk Golden Globe Award dan Screen Actors Guild Award, serta mendapatkan nominasi BAFTA Film Award dan Primetime Emmy Award.