Анастасия Заворотнюк родилась в 1971 году в Астрахани в семье актрисы и телережиссера. Ее мать, народная артистка России Валентина Заворотнюк, работала в Астраханском ТЮЗе, отец был режиссером, директором телеканала, членом Академии телевидения РФ.
В 1988 году она поступила на исторический факультет Астраханского государственного педагогического института, но спустя год бросила его и начала учебу в Школе-студии МХАТ на курсе Авангарда Леонтьева.
В 1993 году, окончив учебу, стала актрисой театра-студии под руководством Олега Табакова. Здесь она прослужила до 2004 года и за десять лет сыграла в 29 спектаклях.
Заворотнюк дебютировала в кино в 1991 году в картине "Машенька" Тамары Павлюченко, играла в сериалах.
Но известность ей принесла роль няни Вики в телесериале "Моя прекрасная няня". На эту роль пробовались Наталья Королева, Жанна Фриске, Нонна Гришаева и другие актрисы, но партнер Заворотнюк по фильму Сергей Жигунов настоял, что няню Вику должна сыграть именно она.
Заворотнюк также снималась в фильмах "Код Апокалипсиса" (2007, Вадим Шмелев), "Артефакт" (2009, Андрей Соколов), "Охота на гауляйтера" (2012, Олег Базилов), "Любовь и море" (2016, Дмитрий Фикс), "Проклятие спящих" (2017, Илья Куликов и Никита Грамматиков). В общей сложности фильмография актрисы включает около 30 ролей в различных кинокартинах и сериалах.
Актриса много работала на телевидении во многих проектах в качестве телеведущей. В 2005 году она стала ведущей программы "Хорошие песни". Позднее были "Две звезды", "Танцы со звездами", "Танцы на льду" и "Ледниковый период".
Обладательница премии ТЭФИ в категории "Лица. Исполнительница женской роли в телевизионном фильме/ сериале" (2005, "Моя прекрасная няня").
Актриса была замужем трижды. Первый брак с немецким бизнесменом Олафом Шварцкопфом длился около года. От второго мужа — бизнесмена Дмитрия Стрюкова — Заворотнюк родила двоих детей: дочь Анну и сына Майкла. Три года они жили в США, где открыли агентство недвижимости. В 2008 году она вышла замуж за фигуриста Петра Чернышова, с которым познакомилась на съемках программы "Танцы на льду". В октябре 2018 года у пары родилась дочь Мила.
В августе 2019 года в СМИ появились сообщения, что Анастасии Заворотнюк диагностировали онкологию. Ее родственники долгое время не давали никаких комментариев, однако затем подтвердили, что актриса проходит лечение от глиобластомы. После этого Заворотнюк перестала появляться на светских мероприятиях и вести соцсети.
Анастасия Заворотнюк умерла 30 мая в возрасте 53 лет.
