Annekathrin Bürger, eigentlich Annekathrin Rammelt, wurde am 3. April 1937 in Berlin-Charlottenburg geboren und wuchs im sächsischen Hornhausen auf. Ihr Vater arbeitete als Illustrator und Zeichner unter anderem für die Ufa. Bürger absolvierte eine Lehre als Gebrauchsgrafikerin und nahm eine Tätigkeit als Bühnenbild-Assistentin und Requisiteurin am Carl Maria von Weber-Theater in Bernburg auf. Nachdem sie die Aufnahmeprüfung zur Staatlichen Schauspielschule in Berlin (Ost) nicht bestanden hatte, bekam sie im Sommer 1955 durch Zufall dennoch ihre erste Rolle: Sie lernte eine Gruppe tschechischer Filmleute kennen, die den ersten tschechisch-deutschen Kulturfilm drehten, "Gebirge und Meer", in dem Bürger die kleine Rolle einer Pionierleiterin übernahm.

Wenig später wurde sie von dem Regisseur Gerhard Klein entdeckt. Unter seiner Regie gab sie in "Eine Berliner Romanze" (1956) ihr Spielfilmdebüt in der Rolle einer natürlichen, leicht naiven jungen Frau, die von einer Karriere als Mannequin träumt. Es folgte ein dreijähriges Schauspielstudium an der Filmhochschule in Potsdam-Babelsberg. Daneben stand sie für DEFA-Filme, etwa als selbstbewusste Kunststudentin Sonja in Slatan Dudows "Die Verwirrung der Liebe" (1959), vor der Kamera.

1959 erhielt sie ein Engagement am Deutschen Theater in Berlin, aber schon im Jahr darauf wechselte sie ans Theater der Bergarbeiter in Senftenberg, wo sie als Lucietta in Goldonis "Viel Lärm in Chiozza" debütierte. Drei Jahre lang spielte sie dort das klassische Repertoire junger Frauenrollen: Amalia in Schillers "Die Räuber", Klärchen in Goethes "Egmont", Kalonike in Aristophanes' "Lysistrata", Hauptmanns "Rose Bernd". Nach Gastspielen an verschiedenen Bühnen wurde sie 1963 an die Volksbühne in Berlin engagiert, deren Ensemble sie 40 Jahre lang angehörte.

Während sie an der Volksbühne vor allem in Nebenrollen zu sehen war, konnte sie in Film und Fernsehen größere Erfolge verbuchen. In den 60er Jahren gehörte sie kurzzeitig den Ensembles des Fernsehens der DDR und der DEFA an. Durch ihre eindrucksvollen Rollen in Kurt Maetzigs "Septemberliebe", Frank Beyers "Königskinder" oder der Fallada-Verfilmung "Wolf unter Wölfen" (TV) avancierte sie Mitte der 60er Jahre neben Angelica Domröse zur beliebtesten Schauspielerin der DDR.

In den 70er Jahren sah man sie in Nebenrollen der DDR-Western "Tödlicher Irrtum" (1970) und "Tecumseh" (1972). Größere Rollen bekam sie von Rolf Römer in dessen von der Kritik eher als belanglos eingestuften Gegenwartskomödien "He, du!" (1970) und "Hostess" (1976).  Zugleich verlagerte sich Bürgers Arbeitsschwerpunkt immer stärker aufs Fernsehen. Neben der Schauspielerei engagierte sie sich in der DDR auch kulturpolitisch. Sie war Mitglied des Präsidialrates des Kulturbundes, arbeitete im Rat für Kultur beim Minister für Kultur mit, zeigte aber auch Zivilcourage mit ihrem Protest gegen die Biermann-Ausbürgerung und ihrem Engagement für den Erhalt des Gründerzeit-Museums von Charlotte von Mahlsdorf.

In den 80er Jahren wirkte sie in Serien wie "Unser Mann ist König" (1980) oder "Der Staatsanwalt hat das Wort" (1985) sowie in Fernsehspielen wie Rainer Bärs "Klassenkameraden" (1984) oder Bodo Fürneisens "Merkwürdiges Beispiel einer weiblichen Rache" (1987) mit. Eine eindringliche, auch von der Kritik hoch gelobte Rolle hatte sie 1990 in "Der Rest, der bleibt" (R: Bodo Fürneisen, 1990) als Sängerin, die sich in einen wesentlich jüngeren Mann verliebt.

1990 war sie Vorsitzende des Kongresses der Nationalen Bürgerbewegung. Sie engagierte sich auch für Waisenkinder in der ehemaligen Sowjetunion, 1993 entstand darüber der Dokumentarfilm "Kinder vom Don" (R: Rolf Römer). In den Jahren danach wirkte sie in mehreren TV-Serien mit, so als Corinna Grimm in "Wir sind auch nur ein Volk" (1994), in der die Begleiterscheinungen der deutschen Einheit satirisch aufbereitet wurden. Zu ihren wichtigsten Film- und Fernseharbeiten dieser Jahre gehören außerdem das psychologische Drama "Mobbing: Die lieben Kollegen" (1995) von Bernd Böhlich und das preisgekrönte Drama "Die Mörderin" (1999) an der Seite von Ann-Kathrin Kramer und Jürgen Hentsch.

Zu größerer Bekanntheit gelangte sie beim Fernsehpublikum auch durch ihre prägnante Nebenrolle im Leipziger "Tatort". Darin spielte sie von 1999 bis 2007 die beste Freundin des Kommissars Bruno Ehrlicher (Peter Sodann). Danach sah man sie unter anderem in der Serie "Die Stein", an der Seite von Julia Stemberger und Jochen Horst, und in einer Nebenrolle des Dramas "Für Elise" (2012) über eine 15-jährige, die sich in einen mehr als doppelt so alten Mann verliebt.

Eine weitere Nebenrolle spielte sie in der Tragikomödie "Sein letztes Rennen", die 2013 in die Kinos kam und von einem 80-jährigen ehemaligen Olympioniken (Dieter Hallervorden) handelt, der sich im Altersheim in den Kopf setzt, noch einmal den Berlin Marathon zu gewinnen. Anfang 2018 hatte Alexandra Sells Drama "Die Anfängerin" seinen Kinostart. Im Film übernahm sie die tragende Rolle der dominanten Mutter einer bald 60-jährigen Allgemeinärztin (Ulrike Krumbiegel), welche einem Kindheitstraum folgend, mit dem Eiskunstlauf beginnt. Dazwischen und danach sah man sie in mehreren TV-Produktionen in größeren und kleineren Nebenrollen, etwa 2014 in zwei Folgen der Vorabendserie "Ein Fall von Liebe" als Mutter der Hauptfigur und Journalistin Sarah Pohl (Mariella Ahrens), 2015 in der ARD im Krimi "Zorn – Vom Lieben und Sterben", in dem sie mit Peter Sodann ein Kleingärtnerehepaar mimt, sowie 2018 im tragisch-komischen Familienfilm "Pauls Weihnachtswunsch", um einen Jungen, der seine unerwartet erworbenen magischen Fähigkeiten dazu nutzen will, seine getrennten Eltern wieder zusammenzubringen. 

Neben ihren Film- und Fernsehrollen trat Bürger seit jeher auch erfolgreich mit Chanson-Konzerten und literarisch-musikalischen Programmen auf und gab Gastspiele in ganz Europa. Zudem trat sie als Autorin in Erscheinung. So wurde 2011 ihre Autobiografie "Der Rest, der bleibt. Erinnerungen an ein unvollkommenes Leben" veröffentlicht, auf die 2015 in Zusammenarbeit mit Christine Rammelt-Hadelich das Buch "Weisheiten der Liebe" folgte, das die unterschiedlichsten Facetten von Liebe beleuchtet. 

Sie war in erster Ehe mit dem Schauspieler und Regisseur Ulrich Thein verheiratet, mit dem sie in mehreren Filmen vor der Kamera stand. In zweiter Ehe war sie mit dem Schauspieler und Regisseur Rolf Römer verheiratet, der im März 2000 starb. Annekathrin Bürger lebt in Berlin.