Jean-Louis Barrault et Jean Mercure la font jouer dans de nombreuses pièces pendant une dizaine d’années, entre autres Jarry sur la butte d’Alfred Jarry et Isabella Morra d’André Pieyre de Mandiargues.

Elle obtient ses premiers rôles au cinéma à la fin des années 1960 ; elle joue de petits rôles, dans Deux ou trois choses que je sais d’elle de Jean-Luc Godard, avec Marina Vlady, et avec Brigitte Bardot dans Les Femmes de Jean Aurel. Pour son premier grand rôle, elle joue en 1968 dans Sous le signe de Monte-Cristo avec Claude Jade et Paul Barge. En 1971, dans l’émission Italiques elle lit un extrait de L’Apollon de Bellac de Jean Giraudoux en compagnie de José-Maria Flotats5.

Elle joue le rôle de la jeune veuve d’un écrivain assassiné dans Le Malin Plaisir (1975), encore avec Claude Jade, et aux côtés de Jean-Paul Belmondo dans Stavisky d’Alain Resnais. En 1977, elle est nommée pour le César de la meilleure actrice dans un second rôle dans Un éléphant ça trompe énormément d’Yves Robert.

Anny Duperey écrit depuis son plus jeune âge, d’abord sous forme de lettres ou de journal intime – « Au départ, c’était un geste consolateur » – puis sous forme de livres. Son premier roman L’Admiroir est couronné par l’Académie française en 1977 (prix Alice Louis-Barthou). En 1992, son autobiographie, Le Voile noir, rencontre un grand succès et les lettres reçues à la suite de cette publication sont réunies dans un recueil, Je vous écris. Des romans ont suivi : Les Chats de hasard, Allons voir plus loin, veux-tu ? et Une soirée.

Depuis 1992, Anny Duperey est également connue du grand public pour son rôle de Catherine Beaumont, l’un des personnages principaux de la série Une famille formidable.

Anny Duperey est membre de l’Académie Alphonse Allais depuis janvier 2020.