Анастасия Заворотнюк родилась 3 апреля 1971 года в Астрахани, в театрально-телевизионной семье. Мать — народная артистка России Валентина Борисовна Заворотнюк, работала в Астраханском ТЮЗе. Отец, Юрий Андреевич Заворотнюк, работал на телевидении, член академии Российского телевидения. Ещё с раннего детства Анастасия решила играть в театре и упорно стремилась к своей мечте: в свободное время занималась музыкой и танцами, участвовала в танцевальном ансамбле «Лотос».
Поступила в Школу-студию при МХАТ им. Чехова (курс Авангарда Николаевича Леонтьева). В 1991 году вышел первый фильм с её участием — «Машенька» Тамары Павлюченко (в главной роли по мотивам книги Набокова), а в 1993 году Анастасия, окончив Школу-студию МХАТ, стала актрисой театра-студии под руководством Олега Табакова. За 10 лет работы в театре она сыграла в 29 спектаклях. А её любимой ролью была и остаётся роль Вари из спектакля «Страсти по Бумбарашу».
Известной её сделал сериал «Моя прекрасная няня», в который она попала по чистой случайности: ей просто позвонили и предложили роль в сериале, о котором она и понятия не имела. Характерный украинский акцент был заимствован от её коллеги по театру — Ольги Блок-Миримской.
Помимо актёрской деятельности Анастасия Заворотнюк выступает в роли телеведущей. В 2005 году она сменила Тину Канделаки на посту ведущей программы «Хорошие песни» на канале СТС. Вела программы «Кухня для чайников», «Танцы со звёздами», «Танцы на льду». Ведущая «Ледникового периода» вместе с Маратом Башаровым (2008 год) и Ириной Слуцкой (2009 год).
Участвовала в первом сезоне проекта «Две звезды» в паре с Михаилом Боярским, вышла в финал, заняла 2-е место.
Имеет двоих детей — Анну и Майкла. Отец детей — бывший муж Дмитрий Стрюков. С 22 сентября 2008 года замужем за фигуристом Петром Чернышёвым.