Γεννημένη στην Οξφόρδη της Αγγλίας, η Annabelle Wallis μετακόμισε στην Πορτογαλία όταν ήταν παιδί. Πολύγλωσση, μιλά άπταιστα αγγλικά, πορτογαλικά, γαλλικά και ισπανικά.
Αφού εμφανίστηκε σε αρκετές ταινίες μικρού μήκους που γυρίστηκαν στην Πορτογαλία, έκανε το κινηματογραφικό της ντεμπούτο το 2008 στην ταινία «Body of Lies», δίπλα στον Russell Crowe.
Από το «Peaky Blinders» μέχρι το «The Mummy»: η καριέρα της Annabelle Wallis
Η Annabelle Wallis απέκτησε για πρώτη φορά ευρεία αναγνώριση το 2009 μέσα από την ιστορική δραματική σειρά «The Tudors», όπου υποδύθηκε την Jane Seymour. Το 2013 έγινε ακόμη πιο γνωστή στο ευρύ κοινό χάρη στη σειρά «Peaky Blinders», στην οποία ενσάρκωσε τη Grace Burgess, τον μεγάλο έρωτα του Tommy Shelby.

Ως ηθοποιός με μεγάλη ευελιξία, έχει επίσης εμφανιστεί στη μεγάλη οθόνη σε ταινίες όπως:
- «The Mummy», δίπλα στον Tom Cruise,
- η ταινία τρόμου «Annabelle»,
- «X-Men: First Class»,
- «True Crime».
Το 2019 πρωταγωνίστησε στη μίνι σειρά «The Loudest Voice», ενώ τον Αύγουστο του 2026 εμφανίστηκε μαζί με τον Jason Statham στην ταινία δράσης «Mutiny».
Η Annabelle Wallis και ο Sebastian Stan: μια ιστορία αγάπης
Από το 2022, η Annabelle Wallis δεν είναι πλέον ελεύθερη. Βρίσκεται σε σχέση με τον Ρουμανοαμερικανό ηθοποιό Sebastian Stan. Το ζευγάρι προστατεύει με ιδιαίτερη προσοχή την ιδιωτική του ζωή και δεν έχει σχολιάσει δημόσια τη σχέση του.

Μόλις το 2025 επισημοποίησαν ουσιαστικά την κοινή τους πορεία, όταν εμφανίστηκαν μαζί στις Χρυσές Σφαίρες (Golden Globes). Τον Απρίλιο του 2026, η 41χρονη ηθοποιός φωτογραφήθηκε στη Νέα Υόρκη με εμφανή φουσκωμένη κοιλιά, αποκαλύπτοντας ότι περιμένει το πρώτο της παιδί. Τον Ιούλιο του 2026, το ζευγάρι καλωσόρισε το πρώτο του παιδί. Ωστόσο, το όνομα και το φύλο του δεν έχουν γίνει γνωστά, καθώς και οι δύο ηθοποιοί παραμένουν πιστοί στη θρυλική διακριτικότητά τους όσον αφορά την προσωπική τους ζωή.