Мыскина стала профессиональной теннисисткой в 1998 и уже в том же году вошла в список 500 лучших. Год спустя она была уже в рейтинге 100 сильнейших, в 2002 среди двадцати сильнейших, в 2003 вошла в десятку лучших теннисисток мира.
На протяжении карьеры Анастасия выиграла 9 одиночных турниров WTA и 2 парных. Её наибольший успех на турнирах состоялся 5 июня 2004, когда она вошла в историю как первая российская теннисистка, выигравшая турнир Большого шлема. В первом чисто российском финале в истории она победила на Открытом чемпионате Франции свою подругу детства Елену Дементьеву со счётом 6:2, 6:1. Ещё раз она переиграла Елену Дементьеву несколько месяцев спустя в финале Кубка Кремля.
Анастасия, достигнув звания третьей ракетки мира, долгое время была лучшей среди плеяды молодых российских теннисисток, штурмовавших рейтинг WTA. Впервые в истории российского тенниса она была официально признана чемпионкой мира по версии Международной федерации тенниса (ITF) за 2004 год и до сих пор остается единственной среди взрослых теннисистов России, кто был удостоен этого титула.
Сезон 2005 сложился для Анастасии неудачно, что объясняется раковым заболеванием её матери. Из-за пропуска многих турниров она выпала из десятки сильнейших.
В марте 2007 года, ещё не приняв окончательного решения, она попробовала свои силы в качестве телеведущей передачи «Наш футбол» на канале НТВ. В том году теннисистка провела всего два матча и оба проиграла, после чего решила завершить спортивную карьеру. После этого она вернулась в «Наш футбол», затем участвовала в шоу «Ледниковый период», где продержалась недолго, катаясь в паре с Андреем Хвалько.
29 апреля 2008 года родила сына.
С января 2009 года — ведущая программы «Скажи, что не так?!» на телеканале «Домашний».
30 августа 2010 года у Анастасии родился второй сын, а в марте 2012 в семье Анастасии и ее мужа бизнесмена Сергея Мамедова родился третий сын Павел..
В настоящее время работает теннисным комментатором на телеканале НТВ-Плюс Теннис.