Первоначально намеревалась стать медсестрой, но мечта о сцене привела её в Парижскую консерваторию (Театральная академия). Жирардо училась хорошо, а по вечерам пела в кабаре.
В 1954 году Жирардо окончила учёбу с двумя первыми призами за роли в классической и современной комедии и была приглашена в театр «Комеди Франсез» на амплуа субретки-хохотушки. В 1956 году Жан Кокто предложил Жирардо главную роль в своей пьесе «Пишущая машинка», разглядев в начинающей актрисе недюжинное драматическое дарование. Кокто также стал и автором имиджа актрисы, посоветовав ей остричь волосы и сделать стрижку «под мальчика». Дебют прошёл с огромным успехом, журнал Paris Match посвятил Жирардо целый разворот, а Кокто во всеуслышание объявил молодую актрису «самым красивым драматическим темпераментом послевоенных лет». Жирардо становилась знаменитой, последовали приглашения в кино, которые не очень радовали руководство «Комеди Франсез». Актрисе был предложен контракт, который предполагал большее жалование, но ограничивал её творческую свободу. Не подписав контракта, Жирардо в 1957 году покинула «золотую клетку» Комеди Франсез.
В 1958 году Анни Жирардо снискала огромный успех в спектакле Лукино Висконти по пьесе Уильяма Гибсона «Двое на качелях». Писатель Андре Моруа в журнале Elle за 1959 год назвал Жирардо одной из двух лучших актрис своего поколения (второй была Жанна Моро).
Во второй половине 1950-х годов Анни Жирардо становится одной из самых модных французских актрис, её портреты часто появляются на журнальных обложках, а имя — в заголовках статей и интервью. В 1960 году Жирардо сыграла одну из самых выдающихся своих ролей — проститутку Надю в картине Висконти «Рокко и его братья». Её партнёрами по фильму выступили Ален Делон и Ренато Сальватори, за которого она вышла замуж в 1962 году. (Несмотря на то, что в конце 1960-х годов супруги стали жить отдельно, официально они оставались мужем и женой до самой смерти Ренато Сальватори в 1988 году). Родила от него дочь Джулию. В последующие годы, вплоть до конца 1960-х, ничего равного по значимости роли Нади актрисе предложено не было. Исключение составила лишь роль Кей в фильме Марселя Карне «Три комнаты на Манхэттене», за которую Жирардо получила кубок Вольпи на Венецианском кинофестивале. Фильм, однако, был дружно обруган критикой и не имел прокатного успеха. По непонятным причинам актрисой совсем не интересовались режиссёры французской «новой волны» (за исключением Александра Астрюка, снявшего Жирардо в фильме «Добыча тени»), и её огромное дарование довольно долгий период не было востребовано в полной мере. Спас положение Клод Лелуш, предложивший Анни Жирардо роль в фильме «Жить, чтобы жить» (1967). Актриса сыграла обыкновенную женщину, столкнувшуюся с трудностями во взаимоотношениях в паре. Великолепно сделанная роль, зрелая красота 35-летней актрисы вновь выдвинули Жирардо в первые ряды самых востребованных французских звёзд. В конце 1960-х она играет до восьми ролей в год, уделяет много внимания авторскому кино, снимаясь у таких видных его представителей, как Ги Жилль, Марко Феррери, Александр Петрович.
Перешагнув порог сорокалетия, актриса постепенно отходит от авторского кино и принимается за роли рядовых француженок, обычных парижанок — темпераментных, взбалмошных, трагичных или забавных, в зависимости от жанра картины. В 1970-е годы она становится самой востребованной киноактрисой Франции, неоднократно возглавляя рейтинги популярности по опросам кинематографических журналов. Её визитной карточкой стал фильм «Умереть от любви» (1970), повествующий о трагической связи учительницы средних лет с учеником-подростком. Снималась также в комедиях — таких, как «Старая дева» (1972), «Знакомство по брачному объявлению» (1976), «Склока» (1978) с Луи де Фюнесом. Часто играла феминисток. С ней охотно работали создатели популярного французского кино — у Клода Лелуша она снялась в пяти фильмах, у Андре Кайата — в четырёх, у Филиппа де Брока — также в четырёх.
В начале 1980-х годов Анни Жирардо пережила творческий кризис, связанный с провалом одного из её театральных проектов — мюзикла «Исправлено и дополнено» (режиссёр и автор песенных текстов Боб Деку). Анни участвовала в ещё одном шоу Деку «Маргарита и другие, или Жизнь без антракта», которое имело успех у зрителей, но актриса получила травму непосредственно во время представления, и последующие спектакли пришлось отменить. Проекты Боба Деку практически разорили Жирардо, и, чтобы не попасть в долговую яму, она вынуждена была продать огромную квартиру в центре Парижа. Отношения актрисы с большим кино усложняются — режиссёры не предлагают ничего стоящего, однако Жирардо остаётся любимицей публики, снимаясь на телевидении. В 1990 году Анни получает французскую телевизионную премию «7 d’or» за роль в мини-сериале «Ветер жатв». В 1993 году играла в спектакле «Мадам Маргарет» на сцене Магнитогорского драматического театра имени А. С. Пушкина (режиссёр Валерий Ахадов).
У австрийца Михаэля Ханеке она сыграла роли матерей: тиранки в «Пианистке» (2001) и несчастной — в «Скрытом» (2005).
28 февраля 2011 года Анни Жирардо скончалась в Париже. Похоронена на кладбище Пер-Лашез вместе со своей матерью (49-й участок, avenue Feuillant/chemin de la Cave).
