Энн Сотерн, урождённая Харриетт Арлен Лейк, родилась в городе Вэлли-Сити, штат Северная Дакота, 22 января 1909 года. Её детство прошло в городе Сент-Пол в Миннесоте, где она окончила Центральную среднюю школу. В кино она впервые появилась в восемнадцатилетнем возрасте в 1927 году, сыграв эпизодическую роль в фильме «Бродвейские ночи». Следующие несколько лет она продолжила появляться на киноэкранах в качестве хористки в музыкальных фильмах. В 1931 году Сотерн дебютировала на Бродвее, где пела в двух мюзиклах.
В 1934 году Энн Сотерн подписала контракт с Columbia Pictures, но после двух, не слишком плодотворных на кинороли лет, контракт был разорван. В 1936 году она перешла на студию RKO, но после ряда незначительных фильмов, не привнесших в её карьеру ни славы, ни успеха, актриса переместилась на MGM. Популярности она добилась в 1939 году после исполнения роли Мэйси в одноимённой комедии. Фильм имел значительный успех и в последующие годы были сняты ещё несколько картин о Мэйси, также с Энн Сотерн в главной роли. Вскоре и на радио появилась передачи про Мэйси, в озвучивании которой также принимала участие Энн Сотерн. Передача называлась «Приключения Мэйси» и транслировалась на радио CBS с 1945 по 1947 год, а позже и на другой радиоволне вплоть до 1953 года.
Актриса дважды была замужем. Её первым мужем был актёр Роджер Прайор, брак с которым продлился с 1936 по 1943 год. Менее чем через неделю после развода, она вышла замуж за актёра Роберта Стерлинга, от которого родила дочь Тишу Стерлинг, ставшую актрисой. Второй брак Энн Сотерн также закончился разводом в 1949 году.
Одним из самых известных фильмов с участием Сотерн конца 1940-х годов стала драма «Письмо трем женам», которая в 1949 году была удостоена «Оскара». Успех картины никак не повлиял на дальнейшую карьеру актрисы, и после ряда фильмов в 1950-х годах, Энн Сотерн переместилась на телевидение. В 1958 году она стала ведущей собственного телевизионного шоу, которое транслировалось до 1961 года. «Шоу Энн Сотерн» принесло ей четыре номинации на премию «Эмми», а также «Золотой глобус» за Лучшее телевизионное шоу в 1959 году.
В 1960-х годах Энн Сотерн, прежде славившаяся своей красотой, набрала из-за гепатита избыточный вес и стала реже появляться на экране. Последний раз на киноэкранах актриса появилась в 1987 году в драме «Августовские киты», где сыграла роль Тишы Дути, подруги пожилых сестёр героинь Бэтт Дэвис и Лиллиан Гиш. За эту роль, в первый и единственный раз за шестидесятилетнюю карьеру, Энн Сотерн была номинирована на «Оскар» как Лучшая актриса второго плана, но в итоге премию ушла к Олимпии Дукакис.
Последние годы жизни Энн провела в городе Кетчум, штат Айдахо. Там она и умерла от паралича сердца 15 марта 2001 года в возрасте 92 лет.
За свой вклад в киноиндустрию Энн Сотерн удостоена звезды на Голливудской аллее славы на Вайн-стрит 1612, а за вклад в телевидение – на Вайн-стрит 1634.