Ann Dowd grandit à Holyoke dans le Massachusetts et fréquente une école catholique. Elle se découvre très tôt une passion pour le théâtre et souhaite en faire son métier, mais sa famille l'en dissuade. Finalement, la jeune femme obtient son diplôme en 1978 et décide de partir étudier à Chicago, puis se produit pendant plusieurs années dans un théâtre. Mais quelques temps après, en 1988, Ann déménage à New York afin de poursuivre son rêve. Elle doit d'abord se contenter de faire des apparitions dans des séries telles que The Baby-Sitters Club. Basé sur une série de livres pour enfants du même nom, ce show suit les hauts et les bas d'un club de baby-sitters géré par des adolescentes. Cependant, en 1993, l'actrice est choisie pour interpréter Jill Beckett, la sœur du personnage de Tom Hanks, dans Philadelphia. Elle joue ensuite dans la trilogie Shiloh en 1997, dans le rôle de Louise Preston, et apparaît dans le film culte d'Alex Sichel, All Over Me. Pendant quelques temps, Ann Dowd fait des petites apparitions dans des séries comme X-Files, NYPD Blue, et Freaks and Geeks mais aussi dans beaucoup d'épisodes des Experts.

On la retrouve au cinéma en 2004, aux côtés de Meryl Streep, dans The Manchurian Candidate, réalisé par Jonathan Demme. Toujours en 2004, Ann joue la mère de Natalie Portman dans Garden State et apparaît dans The Forgotten aux côtés de Julianne Moore. Plus tard, elle décroche le rôle de Mme Strank dans le long métrage de Clint Eastwood : Flags of Our Fathers. Malgré sa notoriété grandissante, la comédienne décide de se reconcentrer sur le théâtre et apparaît donc à Broadway en 2008 dans The Seagull, où elle donne la réplique à Carey Mulligan et Kristin Scott Thomas. En 2007, elle incarne Soeur Aloysius dans la pièce Doute, et le New York Times qualifie sa performance de "terrifiante" puis la décrit comme étant "magistrale dans ce rôle".

Après avoir donner la réplique à Jennifer Aniston dans Marley & Me, elle reçoit des critiques élogieuses pour son travail dans Compliance en 2012, qui est présenté au Sundance Film Festival. Dans ce long métrage, Ann Dowd joue Sandra, chef d'équipe d'un restaurant rapide, prise dans un mystérieux cauchemar éthique. Par la suite, elle obtient un rôle dans Masters of Sex en 2013, celui de la mère du Dr William Masters. En automne 2014, Ann participe à la mini-série Olive Kitteridge, récompensée de huit Emmy Awards. Ce n'est qu'en 2014 qu'elle obtient un des rôles principaux dans une série : The Leftovers, dans la peau de Patti Levin, leader du groupe The Guilty Remnant. Fin juin 2017, Ann Dowd rejoint le casting de The Handmaid's Tale et son personnage, Tante Lydia, une femme quelque peu manipulatrice, endoctrine les servantes avec les croyances de la nouvelle société et les force à accepter leur destin. Sa performance dans le show lui vaut un Emmy Award.

Marion Gardes