Anna Gavalda est la fille d'un père vendeur de systèmes informatiques aux banques et d'une mère créatrice de foulards pour de grandes marques. Elle est élève d'hypokhâgne au lycée Molière en 1990.
En 1992, elle est lauréate de La Plus Belle Lettre d'amour, concours organisé par France Inter. Professeur de français au collège Nazareth à Voisenon (Seine-et-Marne), elle obtient en 2000 le grand prix RTL-Lire pour son premier recueil de nouvelles Je voudrais que quelqu'un m'attende quelque part publié par Le Dilettante. Ce roman rencontre un énorme succès avec des traductions en vingt-sept langues et des ventes cumulées à 1885000 exemplaires. Ses romans suivants sont également des succès de librairies : Je l'aimais vendu à 1259000 exemplaires et Ensemble, c'est tout à 2040000 exemplaires. Entre 2004 et 2008, l'auteur a ainsi généré plus de 32 millions d'euros de chiffre d'affaires d'après une étude GfK.
Elle tient une chronique dans le magazine Elle à propos des livres pour enfants et participe au jury du festival international de la bande dessinée d'Angoulême.
Elle est mère de deux enfants et vit à Paris.