Анастасия Мельникова родилась 19 сентября 1969 года в Ленинграде в семье врачей. В детстве она задумывалась о том, чтобы продолжить династию, но поняла, что медицина — совсем не ее призвание. Закончив школу, поступила на актерский факультет Ленинградского государственного института театра, музыки и кинематографии.
В 1990-х после его окончания актриса служила в театре имени В.Ф. Комиссаржевской, параллельно играя в фильмах и сериалах. В 1998 году Мельникова дебютировала в «Улицах разбитых фонарей» в роли Анастасии Абдуловой. Проект стал одним из главных в ее карьере. После этого был еще один большой полицейский сериал, в которой Мельникова появлялся во всех сезонах, — «Литейный». Роли в сериале исполняли уже прославившиеся «милиционеры» из «Улиц разбитых фонарей», но уже под своими настоящими именами. За роли в этих и других проектах Мельникову стали называть «королевой детективного жанра», а питерское ГУВД наградило актерский состав сериала статуэтками «За доблесть и создание положительного образа милиционера при выполнении служебного долга».
Актриса признавалась в интервью, что ее совсем не обижает ее всероссийская известность «следователя» при большой фильмографии.
«Абдулова дала все, что у меня есть. Во многие фильмы потом приглашали только потому, что видели в «Улицах разбитых фонарей». Если бы не эта роль, то не было бы у меня ни театральных работ, ни фестивалей, ни концертов», — говорила актриса.
В последние годы Анастасия Мельникова не появляется на телеэкранах, хотя и продолжает участвовать в спектаклях. Связано это с тяжелой болезнью, подробности которой артистка не раскрывает.
