В отличие от многих своих сверстников, АннуСофию с самого детства отличала потребность к действию. Пожалуй, она скорее практик, чем теоретик. Это свое качество она не раз демонстрировала в виде обширной общественной деятельности и своих ролей в кино, коих насчитывается уже более 12.
Начала карьеру актрисы АннаСофия Робб еще в возрасте 5 лет, выступая в церкви Денвера перед пятью сотнями человек. В возрасте 8 лет, вдохновленная мечтой об актерском деле, наша героиня попросила своих родителей подыскать ей агента. С тех пор в ее жизни начинается пора различных актерских курсов и прослушиваний. Вместе с местным агентством Big Fish Talent Agency АннаСофия получила свою первую маленькую работу, заключающуюся в небольшой рекламе и печатной работе в газетах. Успевала она при этом и проходить интенсивные 6-недельные актерские курсы под руководством Su Coffey, руководителя Hollywood Showcase Denver.
В конце курса, из группы специально приглашенных агентов и менеджеров Лос-Анджелеса, АннуСофию отметил Митчелл Госсет, ставший в последствии ее первым агентом, и Гарриет Гринспен, исполнявший роль менеджера. В результате, после многочисленных прослушиваний, АннаСофия впервые появилась перед камерой в телевизионной рекламе для "Макдональдса". По ее словам, большего волнения в жизни она не испытывала никогда.
Первая роль АнныСофии была в короткометражной ленте "День отца" студентки института кинематографии Колорадо Кристи Экерт. Первым же участием в серьёзных съёмках можно считать ее эпизодические роли в комедийном сериале "Дрейк и Джош". В нем она исполняла роль участника небольшого отряда бойскаутов. В 2004 году получила главную роль в телевизионном фильме "Саманта: каникулы американской девочки". В 2005 пробовалась на роли Эмили в триллере "Игра в прятки" и Розмари в комедии "Маленький Манхэттен", но потерпела неудачу.
Первую популярность Робб принесли роли в семейной комедии Уэйн Вана "Благодаря Винн-Дикси"и фильме Тима Бёртона "Чарли и шоколадная фабрика", в котором АннаСофия сыграла роль заносчивой спортсменки по имени Вайолетт. В том же 2005 году Робб стала лицом одежной марки для девочек "Trad Clothing".
В начале 2007 были представлены триллер "Жатва" и семейная психологическая драма "Мост в Терабитию", роль в которой сделала ее известной во всем мире актрисой, а также собрала огромную армию фанов. Для этого фильма АннаСофия Робб исполнила композицию "Keep Your Mind Wide Open", вошедшую в чарт "Billboard Hot 100". В том же году в Каннах был показан драматический фильм "Есть мечты — будут и путешествия" режиссёра-дебютанта Брэда Айзека, в котором Робб исполнила одну из главных ролей, а также прошла телевизионная премьера детского приключенческого фильма "Ложь и шпионы".
В феврале 2008 года вышла картина "Телепорт" режиссёра Дага Лимана, где АннаСофия Робб исполнила роль главной героини в школьные годы. Через месяц в ограниченный прокат вышла драма "Лунатизм". Вместе с Робб в съёмках участвовали Шарлиз Терон, Ник Стал, Вуди Харрельсон и Деннис Хоппер.
В 2009 году вышла в свет картина "Ведьмина гора" и был анонсирован фильм "Dear Eleanor" ("Дорогая Элеонора"). Осенью прошли съёмки фильма "The Space Between", одну из главных ролей в котором исполнила номинантка на "Оскар" актриса Мелисса Лео. Также есть информация о подготовке других проектов, "Bloody Jack" и "Summer of Kings".
В начале 2010 года начались съемки биографической ленты "Soul Surfer", где АннаСофия играет известную на западе серфершу Бэтани Хамильтон.
На 2011 год запланирован выход анимационной картины "Феи: зимняя история", для которой она озвучит одного из персонажей.
Помимо актерской работы АннаСофия Робб всегда была заинтересована в поиске решения проблем современного общества и мира в целом. Об этом красочно говорят многие ее действия: от сбора денег на колодец для нуждающихся семей Африки, до организации помощи далитам в Индии. Она активно собирает новую информации и идеи по изменению мира, пытаясь сделать нашу планету лучшим местом жизни. На официальном сайте актрисы, в разделе "Changing the World" отражены ее идеи и текущая активность по этому поводу.