Narodila se 29. srpna 1904 v herecké rodině a již jako dítě vystupovala na jevišti.
Působila v Jihočeském národním divadle v Českých Budějovicích, ve společnosti Alferiho, v Olomouci, Bratislavě a Kladně.
Od roku 1936 vystupovala v pražském Varieté, hostovala v Osvobozeném divadle a spolupracovala s Československým rozhlasem.
Svým realistickým projevem, věrohodností a pravdivostí se stala pokračovatelkou herectví Marie Hübnerové.
V roce 1939 nastoupila do Vinohradského divadla, kde působila do roku 1942. Tehdejší vrchní režisér činohry František Salzer ji obsadil do zajímavých rolí, kde mohla uplatnit svůj nesporný talent. Mezi svými vrstevnicemi byla hodnocena jako nejvýraznější komická herečka .
Během let 1937—1942 vystupovala v 25 českých filmech. Debutovala v roce 1937 ve filmu Kříž u potoka, jejím posledním dokončeným filmem byl v roce 1942 snímek Přijdu hned v režii Otakara Vávry. Film se dostal do kin až dva měsíce po její smrti.
Druhý manžel Anny Letenské architekt Vladislav Čaloun byl zatčen 17. července 1942 za pomoc při ukrývání lékaře Břetislava Lyčky, který ošetřoval Jana Kubiše, pachatele atentátu na Reinharda Heydricha.
Herečka měla gestapem povolené návštěvy manžela v Petschkově paláci a zde také byla 3. září 1942 zatčena .
O dva dny později byla převezena do Malé pevnosti v Terezíně a následně do Mauthausenu, kde byla 24. října nebo 25. října 1942 popravena zastřelením.
Její manžel byl popraven o tři měsíce později.
Anna Letenská se tak stala jedinou českou herečkou, která zahynula v koncentračním táboře (v Mauthausenu byl rovněž vězněn a umučen herec a písničkář Karel Hašler).
Anna Letenská je nositelkou Československého válečného kříže in memoriam (1946).