Son père Gerard Hathaway est avocat, et sa mère Kate McCauley est actrice. Elle a deux frères. Elle étudie le théâtre au Paper Mill Playhouse dans le New Jersey et participe à plusieurs productions comme Gigi, Jane Eyre, Life on Earth et Once Upon a Mattress, rôle qui lui a valu une nomination aux Rising Star Awards.
Sa première apparition à la télévision en 1999 dans la série La Famille Green (Get Real) dans le rôle de Meghan lui a valu d'être sélectionnée pour les Teen Choice Awards 2000 en tant que meilleure actrice dans une série. Mais c'est réellement avec les films Princesse malgré elle et sa suite Un mariage de princesse, où elle donne la réplique à Julie Andrews, qu'elle se fait connaître. Depuis elle a fait des apparitions sur grand écran et on l'a vue dans Nicholas Nickleby, Ella au pays enchanté, Le Secret de Brokeback Mountain.
En 2005, elle a prêté sa voix pour La Véritable Histoire du Petit Chaperon rouge. En 2006, dans Le Diable s'habille en Prada, elle partage l'affiche avec Meryl Streep. Après avoir interprété le rôle de Jane Austen dans Jane, en 2007, elle revient en 2008 dans Max la Menace. L'année suivante, elle est nommée aux Oscars pour sa prestation dans Rachel se marie ; elle participe aux tableaux d'ouverture de la cérémonie dans les bras de Hugh Jackman.
Anne Hathaway est aussi danseuse, formée au Broadway Dance Center de New York, ainsi que soprano : elle s'est produite dans deux concerts au Carnegie Hall dans la chorale All-Eastern U.S. High School. On peut l'entendre chanter dans le film Ella au pays enchanté.
En 2008, elle est choisie par la marque de cosmétiques Lancôme pour être l'égérie de son parfum féminin Magnifique.
En 2009, elle touche au théâtre en jouant Viola, l'héroïne de la pièce de Shakespeare Twelfth Night (La Nuit des Rois) avec la troupe de Shakespeare in the Park, dans le Central Park de New York.
En 2011 elle presentera la cérémonie des oscars avec James Franco

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