Anna Maria Mühe, geboren 1985 in Berlin als Tochter der Schauspieler Ulrich Mühe und Jenny Gröllmann, wurde von der Regisseurin Maria von Heland in einer Berliner Bar entdeckt. Sie erhielt Schauspielunterricht bei Kristine Kupfer und hatte ihr Kinodebüt mit Helands Drama "Große Mädchen weinen nicht" – wofür sie prompt mit dem Preis für die beste weibliche Hauptrolle auf dem Filmfest von Las Palmas ausgezeichnet wurde. 2003 verkörperte sie in Achim von Borries" Drama "Was nützt die Liebe in Gedanken" über die "Steglitzer Schülertragödie" von 1927 an der Seite von Daniel Brühl und August Diehl die Schülerin Hilde Scheller, die durch ihr freies Liebesleben eine Tragödie auslöst. Auch für diese Rolle wurde sie ausgezeichnet: 2004 erhielt sie auf dem Kopenhagener Filmfest den Preis als beste Darstellerin.

In der folgenden Zeit spielte sie verschiedene Rollen in Fernsehprojekten, beispielweise in einer Episode der Serie "SOKO Leipzig", in einem "Tatort" ("Verraten und verkauft" – Regie: Peter F. Bringmann) und im Dokudrama "Die letzte Schlacht". Im TV-Film "Delphinsommer" brillierte sie als Tochter von Mitgliedern einer strengen Sekte, die aus ihrem rigiden Umfeld ausbrechen will; auch für ihre Rolle in Maris Pfeiffers "Meine böse Freundin" wurde sie hoch gelobt. Auf der Leinwand war sie neben Auftritten in Filmen wie "Der Lebensversicherer" und "Wir sagen Du! Schatz" in Ed Herzogs Drama "Schwesterherz" an der Seite Heike Makatschs zu sehen. In Christian Schwochows "Novemberkind" spielt sie an der Seite von Ulrich Matthes eine junge Frau auf der Spuren ihrer totgeglaubten Mutter. Diese Rolle bringt ihr nicht nur den Nachwuchsdarstellerpreis des Filmkunstfest Mecklenburg-Vorpommern ein, sondern auch eine Nominierung zum Deutschen Filmpreis als Beste Hauptdarstellerin.

Nach Nebenrollen in Kinofilmen wie Til Schweigers "1 ½ Ritter – Auf der Suche nach der hinreißenden Herzelinde" (2008), Julie Delpys "Die Gräfin" (2009) und Alain Gsponers "Lila, Lila" (2009) sieht man Mühe in der Kinosaison 2010/2011 in gleich zwei Kinohauptrollen: In "Live Stream" verkörpert sie eine suizidale Studentin, und in Hans W. Geissendörfers "In der Welt habt ihr Angst" (Start: März 2011) eine Musikstudentin, die ihrem Freund aus Liebe in die Heroinsucht folgt.