Родилась 20 января 1976 года в Ленинграде в семье чемпиона СССР по настольному теннису Юрия Волочкова и экскурсовода Тамары Антоновой. В 10 лет поступила в Вагановское балетное училище, которое окончила с отличием. В 1996-м заняла первое место и получила золотую медаль на II Международном конкурсе балета в Киеве.
С 1994 по 1998 год танцевала на сцене Мариинского театра в Санкт-Петербурге. В 1998 году Волочкову приняли в труппу Большого театра в Москве. Спустя два года между балериной и Большим разгорелся скандал: руководство театра отказалось продлить с балериной контракт, Волочкова подала в суд и выиграла, но в 2003 году добровольно ушла из Большого.
С 2003 года Анастасия активно гастролирует с собственными сольными проектами.
Была членом партии "Единая Россия" с 2003-го по 2011 год. В 2009 году подавала документы на участие в выборах мэра Сочи, но ей отказали в регистрации.
Не замужем. Воспитывает дочь Ариадну (родилась в 2005-м) от брака с бизнесменом Игорем Вдовиным.