Анна Голубкина родилась 28 января 1864 года в Зарайске Рязанской губернии (ныне Московская область) в большой и дружной семье, которая была ей поддержкой всю жизнь. Время проходило между сельскими занятиями на огороде и чтением. О Голубкиной вспоминали, что даже к прозаическому делу выращивания овощей она подходила творчески, как художник: так подбирала растения, что огород превращался в небывалой красоты цветник. Потом художественные критики в Москве и Петербурге еще долго называли ее «зарайской огородницей».

В 25 лет уехала учиться в Москву художественному ремеслу: ей хотелось научиться расписывать фарфоровую посуду. (Так же начинал свою творческую биографию Клод Моне.) Она поступила в Классы изящных искусств архитектора Анатолия Гунста, а потом — в Училище живописи, ваяния и зодчества. Здесь она увлеклась скульптурой, была лучшей ученицей.

С 1891 по 1894 год училась в Московском училище живописи, ваяния и зодчества у талантливого педагога Сергея Ивановича Иванова, автора собственной системы, позволявшей ученикам овладеть основами классической скульптуры и сохранить творческую самостоятельность и индивидуальность.

С 1894 по 1895 год обучалась в петербургской Академии художеств в мастерской молодого профессора Владимира Беклемишева, почитателя классической скульптуры. «Замечательно добрый и хороший человек», — говорила о нем Анна Голубкина. В эти годы ей впервые пришлось делать выбор между жизнью чувствами и занятиями скульптурой. Голубкина уехала в Париж, чтобы всецело посвятить себя искусству.

С 1895 по 1904 год Голубкина трижды подолгу обучалась в Париже: сначала в знаменитой частной академии Филиппо Коларосси, затем в мастерской Огюста Родена.
«Облака ко мне в комнату не лезут, но вид очень хорош. Я живу в мансарде, т.е. на чердаке, но вы не думайте, что это такой чердак, как у нас. В нем газ, вода и все, что надо: камин, громадное зеркало, шкафы, обои, окна, кресла, кровать — все, — писала она в Зарайск. (А. С. Голубкина. Письма. Несколько слов о ремесле скульптора. Воспоминания современников. Стр. 29.) — Работаю я не очень много, когда 3, когда 6 и редко 8 часов. В день, когда я хорошо поработаю, мне всегда весело». Обучение у Родена завершилось созданием скульптуры в натуральную величину «Старость», во многом новаторской, исполненной в авторской импрессионистической манере. «Старость» получила на Парижском салоне медаль Академии искусства и литературы Прованса.

В Париже завязываются знакомства Голубкиной с художниками-современниками: Александр Бенуа обращается к Марии Тенишевой с просьбой стать меценатом Голубкиной, Константин Сомов мечтает работать в ее мастерской, Максимилиан Волошин сообщает в письме о посещении мастерской Голубкиной как о значительном событии в жизни.

После возвращения в Россию Голубкина обосновывается в Москве, сначала в мастерской в Крестовоздвиженском переулке, где исполняет рельеф «Волна» («Пловец») по заказу Константина Станиславского и знаменитую скульптуру «Идущий человек» — дань признательности Огюсту Родену. С 1910 года арендует великолепную мастерскую в Большом Левшинском переулке.

Анна Голубкина не только много работает в мастерской (ей позируют Алексей Толстой, Алексей Ремизов, Вячеслав Иванов и др.), но бывает в музеях, на выставках, ходит в театры. Смотрит спектакли МХТ и Малого театра. Оперу она любит слушать только в Большом театре. Когда началась деятельность Евгения Вахтангова, пересмотрела все его спектакли. Любовь к театру сказалась в устройстве народного театра в родном Зарайске, где она шьет костюмы, делает декорации, репетирует роли с актерами и, что интересно, применяет при этом элементы системы Станиславского.

Анна Голубкина участвует в выставках ведущих художественных объединений начала века: «Мир искусства», «Союз русских художников», «Московское товарищество художников», «Московское общество любителей художеств».

Голубкина остро переживала, когда чувствовала себя непонятой, и ценила отношение Валентина Серова, считавшей ее одним из лучших современных скульпторов. «Вы понимаете и почти всегда слышите», — писала она ему.
В 20-е годы постоянно работает в московской мастерской. Продолжает участвовать в выставках. Преподает во ВХУТЕМАСе. По заказу Музея Толстого исполняет портреты Льва Толстого и Григория Черткова.

Умерла Анна Голубкина в Зарайске 7 сентября 1927 года.