Anamaria Vartolomei empieza su carrera en el cine a los diez años y medio, actuando junto a Isabelle Huppert en Je ne suis pas une princesse, de Eva Ionesco. Con este primer papel es nominada al Premio Lumières como mejor actriz revelación. Después va sumando actuaciones en el cine: Jacky au royaume des filles, de Riad Sattouf, Ma révolution, de Ramzi Ben Sliman o también L’Idéal, de Frédéric Beigbeder. En el 2017 aparece en Cambio de reinas, de Marc Dugain, y en el 2020 en Manual de la buena esposa, de Martin Provost. Es la protagonista de El acontecimiento, de Audrey Diwan, una adaptación de la novela de Annie Ernaux, que ha sido galardonada con el León de Oro en la Mostra de Venecia en el 2021.
