Анастасия Немоляева родилась в семье кинооператора Николая Немоляева (родного брата киноактрисы Светланы Немоляевой) и уже в возрасте 10 лет снималась в кино.
Но всенародную известность ей принесла роль профессорской дочки Кати в трагикомедии Карена Шахназарова «Курьер» (1986). Фильм попал в топ-10 лидеров проката и получил специальный приз на Московском кинофестивале.
Далее последовали успешные роли в экранизации «Следопыта» (1987) по книге Фенимора Купера и культовой советской драме «Интердевочка» (1989).
После окончания ГИТИС Анастасия 4 года играла в театре на Малой Бронной. Однако вскоре красавица с модельной внешностью оставила актерское поприще и надолго исчезла с радаров широкой публики.