Anneke Kim Sarnau, geboren am 25. Februar 1972 in Elmshorn, studierte von 1993 bis 1996 Schauspiel an der Hochschule für Musik und Darstellende Kunst in Stuttgart. 1998 erhielt sie ein Engagement am Wiener Burgtheater, das sie aber bereits 1999 wieder verließ. Etwa zur gleichen Zeit begann sie, sich auf ihre Film- und Fernsehkarriere zu konzentrieren. Nach mehreren Nebenrollen in TV-Produktionen gelang ihr 2001 in "Ende der Saison" (TV) ein erster Durchbruch; darin beeindruckte sie an der Seite von Hannelore Elsner als Tochter einer todkranken Mutter. Sehr viel Kritikerlob erhielt Sarnau auch für ihre eindringliche Darstellung einer jungen Polizeibeamtin, die von ihrem Vorgesetzten in den Selbstmord getrieben wird, in Marc Rothemunds "Die Hoffnung stirbt zuletzt" (TV, 2002). Für diese beiden Rollen wurde sie mit dem Adolf-Grimme-Preis ausgezeichnet, für "Die Hoffnung stirbt zuletzt" erhielt sie zudem den Bayerischen Fernsehpreis.

2003 gehörte Anneke Kim Sarnau zum großen Ensemble von Stefan Krohmers "Sie haben Knut", einer bissigen Satire auf die linksalternative Szene der frühen 1980er Jahre. In den folgenden Jahren wirkte sie in einer Vielzahl ambitionierter Fernsehspiele mit, so etwa als Anwältin eines geistig behinderten Ehepaars, das um das Sorgerecht für seine Tochter kämpft, in Stephan Wagners preisgekröntem Sozialdrama "In Sachen Kaminski" (2005); als Ehefrau und Mutter, die über Nacht von ihrem Mann verlassen wird, in Stefan Krohmers "Mitte 30" (2007); oder als Lehrerin eines für einen potenziellen Amokläufer gehaltenen Schülers in Nicole Weegmanns Grimme-Preis-gekröntem Drama "Ihr könnt Euch niemals sicher sein" (2008).

Auf der Kinoleinwand sah man sie in Fernando Meirelles Politdrama "Der ewige Gärtner" (2005) als Berliner Kindergärtnerin, der eine Schlüsselrolle in einem Umweltskandal zufällt; in "Fremde Haut" (2005) als liebesbedürftige Frau, die sich in einen Asylbewerber verliebt, nicht ahnend, dass es sich in Wahrheit um eine Frau handelt; und in "FC Venus – Elf Paare müsst ihr sein" (2006) als Mitglied einer Mannschaft von Amateurkickerinnen, die sich ein Turnier mit ihren Ehemännern liefern.

Von 2007 bis 2008 hatte Sarnau an der Seite von Christian Ulmen eine Hauptrolle als Polizeibeamtin in der komödiantischen Krimiserie "Dr. Psycho - Die Bösen, die Bullen, meine Frau und ich". Die Serie wurde zwar bereits nach zwei Staffeln eingestellt, brachte Sarnau jedoch immerhin eine Nominierung für den Deutschen Fernsehpreis ein.

Seit 2010 bildet sie gemeinsam mit Charly Hübner das Rostocker Ermittlerduo der Krimireihe "Polizeiruf 110". Für die Folgen "Feindbild" und "...und raus bist du" erhielten beide eine Nominierung für den Grimme-Preis 2012. Im selben Jahr sah man Sarnau in einer Hauptrolle der Komödie "Pommes Essen". Darin verkörperte sie eine allein erziehende Mutter, deren drei Töchter die Imbissbude der Familie zu retten versuchen.

Auch in den folgenden Jahren blieb Sarnau vielbeschäftigt und war neben ihren Fernsehauftritten auch immer wieder in Kinofilmen zu sehen, in Nebenrollen beispielsweise in Zoltan Pauls Psychodrama "Amok - Hansi geht's gut", Til Schweigers Kassenhit "Honig im Kopf" (beide 2014) und Markus Sehrs Komödie "Die Kleinen und die Bösen" (2015). Für ihre Rolle als rigide Krankenschwester in der Psychiatrie in Theresa von Eltz' "Vier Könige" wurde sie 2016 beim Deutschen Filmpreis für die beste weibliche Nebenrolle nominiert.