Анастасия Талызина родилась 5 июля 1999 года в Москве в актёрской семье: её бабушка — Народная артистка РСФСР Валентина Талызина, мать — актриса Ксения Хаирова. В детстве занималась балетом и выступала в Большом театре, но из-за травмы колена завершила танцевальную карьеру. В 2020 году окончила Театральное училище им. Щепкина, дебютировала в кино в 2018 году в фильме «Пиковая дама: Зазеркалье».
В числе заметных работ Анастасии — фильмы «Тонкие материи», «Патриот» и «Воздух» (2023), который получил высокие оценки критиков. Режиссёр Алексей Герман-мл. отметил её как звезду нового поколения. В августе 2024 года актриса вышла замуж за Сергея Новосада. Ведёт страницы в Instagram и VK, занимается благотворительностью и черпает вдохновение у бабушки.