Первоначально намеревалась стать медсестрой, но мечта о сцене привела её в Парижскую консерваторию (Театральная академия). Анни училась хорошо, а по вечерам пела в кабаре.
В 1954 году Анни окончила учёбу с двумя первыми призами за роли в классической и современной комедии и была приглашена в прославленный театр «Комеди Франсез» на амплуа субретки-хохотушки. В 1956 году великий Жан Кокто предложил Анни главную роль в своей пьесе «Пишущая машинка», разглядев в начинающей актрисе недюжинное драматическое дарование. Кокто также стал и автором имиджа актрисы, посоветовав ей остричь прекрасные каштановые волосы и сделать стрижку «под мальчика». Дебют прошёл с огромным успехом, журнал «Пари-Мач» посвятил Жирардо целый разворот, а Жан Кокто во всеуслышание объявил молодую актрису «Самым красивым драматическим темпераментом послевоенных лет». Анни становилась знаменитой, последовали приглашения в кино, которые не очень радовали руководство «Комеди Франсез». Актрисе был предложен контракт, который предполагал большее жалование, но ограничивал её творческую свободу. Не подписав контракта, Жирардо в 1957 году покинула «золотую клетку» Комеди Франсез.
В 1958 году Анни Жирардо снискала огромный успех в спектакле Лукино Висконте по пьесе Уильяма Гибсона "Двое на качелях". Писатель Андре Моруа в журнале "Elle" за 1959г. назвал Анни одной из двух лучших актрис своего поколения (второй была Жанна Моро).
Что касается её успехов в кино, то они были не столь масштабными, как в театре, однако во второй половине 50-х годов Анни Жирардо становится одной из самых модных французских актрис, её портреты часто появляются на журнальных обложках, а имя-- в заголовках статей и интервью. В 1960 году Жирардо сыграла одну из самых выдающихся своих ролей --проститутку Надю в картине Висконти «Рокко и его братья». Её партнерами по фильму выступили Ален Делон и Ренато Сальватори, за которого она вышла замуж в 1962 году. (Несмотря на то, что в конце 60-х годов супруги стали жить отдельно, официально они оставались мужем и женой до самой смерти Ренато Сальватори в 1988 году). По иронии судьбы, в фильме именно персонаж Сальватори наносит её героине тринадцать ударов ножом. Однако в последующие годы, вплоть до конца 60-х, ничего равного по значимости роли Нади актрисе предложено не было. Исключение составила лишь роль Кей в фильме Марселя Карне «Три комнаты на Манхэттене», за которую Жирардо получила кубок Вольпи на Венецианском кинофестивале. Фильм, однако, был дружно обруган критикой и не имел прокатного успеха. По непонятным причинам актрисой совсем не интересовались режиссёры французской «новой волны» (за исключением Александра Астрюка, снявшего Жирардо в фильме «Добыча тени»), и её огромное дарование довольно долгий период не было востребовано в полной мере. Спас положение Клод Лелуш, подаривший Анни Жирардо прекрасную роль в фильме «Жить, чтобы жить» (1967 год). Актриса сыграла обыкновенную женщину, столкнувшуюся с трудностями во взаимоотношениях в паре. Великолепно сделанная роль, зрелая красота 35-летней актрисы, а также роман с Лелушем, который не удалось скрыть от прессы, выдвинули Жирардо в первые ряды самых востребованных французских звёзд. В конце 60-х она играет по восемь ролей в год, уделяет много внимания авторскому кино, снимаясь у таких видных его представителей, как Ги Жилль, Марко Феррери, Александр Петрович.
Перешагнув порог сорокалетия, актриса постепенно отходит от авторского кино и принимается за роли рядовых француженок, обычных парижанок- темпераментных, взбаломошных, трагичных или забавных, в зависимости от жанра картины. В 1970-е она становится самой востребованной киноактрисой Франции, неоднократно возглавляя рейтинги популярности по опросам кинематографических журналов. Её визитной карточкой стал фильм «Умереть от любви» (1970), повествующий о трагической связи учительницы средних лет с учеником-подростком. Она также много снималась в комедиях — таких, как «Склока» (1978) с Луи де Фюнесом. Формально не вступая в феминистское движение, часто играла феминисток. С ней охотно работали создатели популярного французского кино — у Клода Лелуша она снялась в пяти фильмах, у Андре Кайата— в четырёх Филиппа де Брока — также в четырёх.
В начале 1980-х годов Анни Жирардо переживала творческий кризис, связанный с провалом одного из её театральных проектов- мюзикла «Исправлено и дополнено». Режиссёром и автором текстов песен к мюзиклу был Боб Деку, на тот момент возлюбленный Жирардо. Анни участвовала в ещё одном шоу Деку «Маргарита и другие, или Жизнь без антракта», которое имело успех у зрителей, но актриса получила травму непосредственно во время представления, и последующие спектакли пришлось отменить. Проекты Боба Деку практически разорили Жирардо, и, чтобы не попасть в долговую яму, она вынуждена была продать огромную квартиру в центре Парижа. Отношения актрисы с большим кино усложняются- режиссёры не предлагают ничего стоящего, однако Жирардо остаётся любимицей публики, снимаясь на телевидении. В 1990 году Анни получает французскую телевизионную премию «7 d’or» за роль в минисериале «Ветер жатв».
Тем не менее, актриса нашла в себе силы вернуться на большой экран (по её словам: «Французское кино, наверное, может без меня обойтись, но я без него — не могу»). У австрийца Михаэля Ханеке она сыграла трудные роли матерей: тиранки в «Пианистке» (2001) и несчастной — в «Скрытом» (2005).
В 2006 году дочь и внучка актрисы признались, что у неё диагностирована болезнь Альцгеймера. В 2010 году её дочь Джулия Сальватори сообщила, что мать не помнит, что была актрисой.
28 февраля 2011 года Анни Жирардо скончалась в Париже, не дожив полгода до 80-летнего юбилея. Похоронена на кладбище Пер-Лашез.