Elle se fait d'abord connaître comme choriste du groupe anglais Rudimental[2].
En 2015, après avoir signé chez Major Toms, puis Atlantic Records, Anne-Marie présente un premier EP entièrement écrit et composé par elle, Karate EP, puis revient avec un nouveau single seulement quelques mois plus tard, intitulé Do It Right[4].
En 2016, après la sortie de son nouveau single Alarm, qui se classe dans les charts au Royaume-Uni et Australie notamment[5],[6], elle chante, en compagnie de Sean Paul, sur le titre Rockabye du groupe Clean Bandit, qui se classe en tête des ventes dans plusieurs pays[4].
En , elle collabore avec Marshmello pour le titre FRIENDS écouté plus de 700 millions de fois sur Spotify en juin 2019 et dont le clip dépasse le milliard de vues sur YouTube en avril 2022. La version lyrics sortie quelques jours plus tôt dépasse aussi le milliard de vues sur la plateforme.
Elle fait alors notamment partie de la tournée du chanteur anglais Ed Sheeran (« Divide World Tour ») en assurant sa première partie.
En , elle sort une chanson qui semble être dédiée à sa mère, Her.
En , Anne-Marie publie son deuxième album studio, Therapy, avec diverses collaborations dont, entre autres, le chanteur Niall Horan et le groupe Little Mix.
En septembre 2021, elle sort un livre de développement personnel intitulé You Deserve Better: An Imperfect Guide to Finding Your Happiness.
Le 27 juillet 2023, elle lance son troisième album studio, Unhealthy[7]. Le disque renferme des collaborations avec Shania Twain, Khalid et Aitch.
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