Родилась 3 июля 1991 г. в Самаре в семье спортсменов Сергея Владимировича и Марины Олеговны Павлюченковых.
В середине 2000-х гг. окончила экстерном спортивный лицей в родном городе.
В середине 2010-х гг. завершила обучение на кафедре теории и методики тенниса Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма (Москва).
Спортивная карьера
Анастасия Павлюченкова начала заниматься теннисом под руководством родителей в возрасте шести лет. Тренировалась в детско-юношеской спортшколе №1 г. Самары.
В июле 2001 г. в Электростали (Московская область) вместе с Юлией Калабиной (Пермь) выиграла в парном разряде турнир среди 10-летних спортсменок "Олимпийские надежды России".
В феврале 2002 г. в Челябинске стала победительницей юниорского турнира "Мемориал Бориса Маниона" в одиночном и парном разрядах (вместе с Ксенией Первак). В декабре того же года в Самаре первенствовала на всероссийском турнире "Волжские снежинки".
В апреле 2003 г. выиграла в Самаре турнир "Кубок Большая Волга" среди девушек до 14 лет. В сентябре того же года в Кишиневе (Молдавия) стала победительницей международного юниорского турнира Ali-Ten, нанеся в финале поражение соотечественнице Елене Куликовой. В декабре 2003 г. в Остраве (Чехия) выиграла юниорский турнир NH Trans, в решающем матче одолев россиянку Евгению Вертешеву.
В марте 2004 г. в Кишиневе Анастасия Павлюченкова стала победительницей международного турнира на призы принца Дмитрия Стурдзы. В финале нанесла поражение украинке Ксении Токаревой.
В 2004 г. в числе нескольких молодых отечественных теннисистов стала стипендиатом Фонда первого президента России Бориса Ельцина.
С середины 2000-х гг. Анастасия Павлюченкова преимущественно проживает и тренируется в Европе.
В декабре 2005 г. получила профессиональный статус.
В январе 2006 г. в Мельбурне (Австралия) стала победительницей Открытого чемпионата Австралии среди юниоров. В финале одиночного турнира нанесла поражение Каролин Возняцки (Дания). Также выиграла турнир в парном разряде: вместе с канадкой Шэрон Фичмен в решающем матче была сильнее Ализе Корне (Франция) и Коринны Дентони (Италия). В июне того же года вместе с Шэрон Фичмен стала победительницей Открытого чемпионата Франции (Париж) в юниорском парном разряде. В решающем матче россиянка и канадка одолели Агнешку Радваньскую (Польша) и Каролин Возняцки (Дания). В июле 2006 г. вместе с соотечественницей Алисой Клейбановой выиграла Уимблдонский турнир (Лондон) в парном юниорском разряде. В финале россиянки нанесли поражение Кристине Антонийчук (Украина) и Александре Дулгеру (Румыния). В сентябре того же года стала победительницей Открытого чемпионата США (Нью-Йорк) в юниорском одиночном разряде. В финале выиграла у Тамиры Пашек (Австрия).
В январе 2007 г. в Мельбурне Анастасия Павлюченкова вновь стала победительницей Открытого чемпионата Австралии среди юниоров. В финале одиночного турнира она выиграла у американки Мэдисон Бренгл. В июле того же года вместе с Урсулой Радваньской (Польша) стала победительницей Уимблдонского турнира в парном юниорском разряде. В финале россиянка и полька нанесли поражение японкам Куруми Нара и Мисаки Дои.
В январе 2008 г. в Мельбурне Анастасия Павлюченкова вместе с соотечественницей Ксенией Лыкиной выиграла Открытый чемпионат Австралии среди юниоров в парном разряде. В решающем матче они были сильнее румынки Елены Богдан и японки Мисаки Дои.
В марте 2010 г. Анастасия Павлюченкова выиграла первый титул Женской теннисной ассоциации (Women's Tennis Association, WTA) в одиночном разряде. В финале турнира, проходившего в Монтеррее (Мексика), она нанесла поражение словачке Даниэле Гантуховой. В дальнейшем на протяжении карьеры Павлюченкова выиграла еще 11 турниров WTA в одиночном разряде (2010 - Стамбул, Турция; 2011 - Монтеррей; 2013 - Монтеррей; Оэйраш, Португалия; 2014 - Париж, Москва; 2015 - Линц, Австрия; 2017 - Монтеррей; Рабат, Марокко; Гонконг, КНР; 2018 - Страсбург, Франция).
Также россиянка пять раз становилась победительницей турниров Женской теннисной ассоциации в парном разряде. Ее партнершами по выступлениям в этих случаях были румынка Сорана Кырстя (2008 - Фес, Марокко), россиянка Алиса Клейбанова (2011 - Брисбен, Австралия), чешка Луция Шафаржова (2012 - Чарльстон, шт. Южная Каролина, США; 2013 - Мадрид, Испания) и венгерка Тимея Бабош (2017 - Сидней, Австралия).
В июле 2013 г. в Казани Анастасия Павлюченкова завоевала две медали теннисного турнира в рамках XXVII Всемирной летней Универсиады: золото в парном разряде (вместе с Еленой Весниной) и серебро в командных соревнованиях (вместе с Еленой Весниной, Екатериной Яшиной и Маргаритой Гаспарян).
В июне 2021 г. Анастасия Павлюченкова вышла в финал Открытого чемпионата Франции, но уступила в нем чешке Барборе Крейчиковой.
1 августа 2021 г. вместе с соотечественником Андреем Рублевым стала победителем теннисного турнира в смешанном разряде в рамках XXXII летних Олимпийских игр в Токио (Япония). В финале они нанесли поражение другому российскому дуэту - Елене Весниной и Аслану Карацеву.
В настоящее время одним из ее тренеров является старший брат, мастер спорта Александр Павлюченков (род. 1985).
В текущем одиночном рейтинге WTA Анастасия Павлюченкова занимает 18-е место (наиболее высокой позицией было 13-е место в июле 2011 г.). На протяжении карьеры она заработала 11 млн 722 тыс. долларов призовых.
Звания, награды
Заслуженный мастер спорта РФ (2021).
Награждена орденом Дружбы (2021). Отмечена Почетной грамотой президента РФ (2013).
Личные сведения
Анастасия Павлюченкова владеет английским и французским языками.