Anna Sophia war eine Tochter des Landgrafen Georg II. von Hessen-Darmstadt (1605–1661) und dessen Frau Prinzessin Sophie Eleonore (1609–1671), Tochter des Kurfürsten Johann Georg I. von Sachsen. Entsprechend der lutherischen Orthodoxie ihres Vaters aufgewachsen, wendete sich Anna Sophia früh der Religion zu. Sie lernte orientalische Sprachen und interessierte sich für Dichtkunst. Seit ihrem 16. Lebensjahr lebte Anna Sophia bei ihren Großeltern in Dresden.
Im Jahr 1656 wurde sie Pröpstin im Stift Quedlinburg und begann Kirchenlieder zu dichten. 1658 erschien ihr erstes Andachtsbuch mit 32 Kirchenliedern, von denen einige Eingang in evangelische Gesangbücher fanden. Zu den bekanntesten gehört das Abendmahlslied „Ach Gnad über alle Gnaden! Heißet das nicht Gütigkeit? Jesus hat uns selbst geladen zu dem Tisch, den er bereit't.“
Insbesondere von ihrer Schwester Elisabeth Amalia Magdalena (1635–1709), die 1653 den Kurfürsten Philipp Wilhelm von der Pfalz geheiratet hatte und katholisch geworden war, wurde sie bedrängt, der lutherischen Lehre abzuschwören, zum Katholizismus zu konvertieren und aus dem Stift zu fliehen. Zwar widersetzte sich Anna Sophia diesen Versuchungen, bereute allerdings in ihrem Nachlass, dass sie „in Irrthum gerathen und Holzwege gegangen“ sei, letztendlich aber zur evangelischen Lehre zurückgefunden habe. Ihre Wahl zur Koadjutorin 1677 war auch deshalb kritisch aufgenommen worden.
In späteren Jahren litt Anna Sophia unter „chronischem Husten“. Trotzdem wurde sie noch 1681 als Anna Sophia II. zur Fürstäbtissin von Quedlinburg gewählt. Gegen den Willen des Schutzherren des Stifts Johann Georg III. von Sachsen designierte die kranke Äbtissin zusammen mit ihrem Kapitel Anna Dorothea von Holstein-Gottorf (1640–1713) zur Nachfolgerin, die 1683 auch zur Koadjutorin gewählt wurde. Im selben Jahr erlag die Äbtissin ihrem Leiden. Ungeachtet der Koadjutorin, wurde die Pröpstin des Stifts Anna Dorothea von Sachsen-Weimar zur Nachfolgerin gewählt.
Eckhart G. Franz (Hrsg.): Haus Hessen. Biografisches Lexikon. (= Arbeiten der Hessischen Historischen Kommission N.F., Bd. 34) Hessische Historische Kommission, Darmstadt 2012, ISBN 978-3-88443-411-6, Nr. HD 22, S. 288–289 (Eckhart G. Franz).
Ernst Kiehl: Die Liederdichterin Anna Sophia, Landgräfin von Hessen, Äbtissin zu Quedlinburg: Ein hymnologischer Exkurs, In: , Berichte aus dem ICTM-Nationalkomitee Deutschland, Bd. 11, "Die Dimension der Bewegung in traditioneller Musik", Jahrestagung am 16. und 17. Februar 2001 in Göttingen, Bamberg 2002, S. 201–230.
Hermann Lorenz: Werdegang von Stift und Stadt Quedlinburg. Quedlinburg 1922.
Teresa Schröder: Integration stiftischer Lebensweise in lutherische Glaubenspraxis. Das Beispiel der Andachtsschrift Anna Sophias von Hessen-Darmstadt. In: Frauenkonvente im Zeitalter der Konfessionalisierung. Klartext Verlag, Essen 2010, ISBN 978-3-8375-0436-1.
Christian Wilhelm Anton Stromberger: Der Landgräfin Anna Sophie von Hessen-Darmstadt, Aebtissin von Quedlinburg. Leben und Lieder, Halle 1856
