2004-ben részt vett a svéd TV4 csatorna Super Troupers című tehetségkutatójában, majd 2008-ban az Idolban, ahol ötödik helyezettként végzett.[2]2009-ben leszerződött a Lionheart Records lemezkiadóval. 2009. december 14-én az SVT bejelentette, hogy az énekesnő bekerült a 2010-es Melodifestivalen harminckét fős mezőnyébe.[3]This Is My Life című dalát a február 27-én megrendezett utolsó elődöntőben adta elő Malmőben, ahonnan első helyezettként jutott a döntőbe.[4] A március 13-i döntőben utolsó előttiként állt a színpadra. A szavazás során a nemzetközi és a regionális zsűriktől 82 pontot összegyűjtve a második lett, míg a nézői szavazás során ő szerezte a legtöbb pontot, így végül 214 ponttal megnyerte a dalválasztó műsort.[5]
Az Eurovíziós Dalfesztiválon a dalt a május 27-én rendezett második elődöntőben adta elő, fellépési sorrendben hatodikként, a Svájcot képviselő Michael von der HeideIl pleut de l’or című dala után és az Azerbajdzsánt képviselő SafuraDrip Drop című dala előtt. Az elődöntőben összesen 62 pontot gyűjtött össze (Dánia és a rendező Norvégia maximális 12 ponttal jutalmazta), így összesítésben a tizenegyedik helyen végzett és nem jutott tovább a döntőbe. Ezzel Bergendahl a verseny történetének az első és egyetlen svéd indulója, aki nem jutott tovább a dalfesztivál fináléjába
A dalfesztivál után részt vett különböző svéd zenei műsorokban. Első stúdióalbumával turnéra ment, majd 2012-ben megjelent a Something to Believe In című albuma. 2018. november 27-én-én az SVT bejelentette, hogy az énekesnő ismét szerepelni fog a következő Melodifestivalen mezőnyében.[6]Ashes to Ashes című dalával először a göteborgi első elődöntőben szerepelt február 2-án, ahol összesítésben a harmadik helyezett lett, így a második esély fordulóba jutott tovább.[7] A második esély fordulóban Andreas Johnson ellen versenyzett, végül Anna Bergendahl jutott tovább a döntőbe.[8] A március 9-i döntőben hatodikként lépett fel. A szavazás során a nemzetközi zsűri pontjai által 20 ponttal utolsó előtti helyen végzett, míg a nézők szavazatai alapján hetedik lett 37 ponttal, így összesen 57 ponttal a hetedik helyen zárta a versenyt. Ugyanebben az évben jelent meg a Home és a Speak Love című dala.
2020-ban a Kingdom Come című szerzeményével indult a svéd eurovíziós válogatóműsorban.[9] A második elődöntőből az első helyezettként jutott tovább a döntőbe, ahol utolsó előttiként lépett fel. A nemzetközi zsűri pontszámai alapján negyedik helyezett lett 46 ponttal, míg a svéd szavazóknál szintén negyedik lett 61 ponttal, így 107 ponttal zárta a versenyt, így a harmadik helyen végzett.
2022-ben a Higher Power című dallal vett részt a műsorban.[10] A negyedik válogatóban a harmadik helyen végzett, így továbbjutott az elődöntőbe, ahol a csoportja második helyezettjeként kvalifikált a nemzeti válogató döntőjébe. Az utolsó fordulóban a nemzetközi zsűriktől és a svéd közönségtől összesen 29 pontot kapott, így a tizenkettedik, utolsó helyen végzett a műsorban.