Анна Ливайн получила свою первую роль в кино у Майкла Чимино во «Вратах рая» в 1980-м году, где сыграла проститутку. Во время съемок Анна подружилась с Изабель Юппер.
Но по-настоящему масштабно для зрителя Анну открыл режиссер Амос Коллек в 1997 году. Эта, по истине решающая встреча, произошла на кастинге к его новому фильму. Колек сразу обратил внимание на красавицу с «возвышенным и странным» лицом. Привлеченный этими «особенностями лица и личности» Анны, Коллек предложил актрисе роль секретарши, жизнь которой катится под откос с потерей работы, в картине, вышедшей в нашей стране под названием «Сью». Работа Томсон получила потрясающие критические отзывы и восхитила любителей кино. Это было начало долгого и плодотворного сотрудничества режиссера и его музы. В 1999 году вышел совместный фильм Томсон и Коллека «Фиона», где Анна, в очередной раз, играла проститутку, теперь еще и наркоманку. А в 2000 году на Каннском кинофестивале Колек представил свою ленту «Еда и женщины на скорую руку» с Анной в главной роли.
Будучи в отпуске, Анна случайно и очень удачно познакомилась с Кристофером Уокеном, который предложил ей роль в пьесе «Kid champion» и стал позднее ее «крестным отцом» в кино. Анне тогда было всего 20 лет. В 80-е Томсон также поддерживала нежные отношения с Микки Рурком, относилась к нему как к брату.
Последние несколько лет Анна не снималась. Сейчас живет в Нью-Йорке с двумя сыновьями-близнецами.
Отец Анны много работал в Европе, что позволяло семье жить во Франции по полгода на протяжении 10-ти лет. Он был большим любителем театра и возил Анну на спектакли в Нью-Йорк и Лондон. Надеясь, что дочь станет художницей, он отправил ее учиться в Школу Изящных Искусств во Франции, куда девушка была зачислена в возрасте 17 лет. В поисках своего призвания, Анна занималась разной работой: была колористом, художником по костюмам. Сама Томсон признается, что никогда всерьез не хотела стать актрисой. Однако, именно это стало дорогой, которую она выбрала.