Annabelle Wallis est la nièce du célèbre acteur, compositeur, chanteur et réalisateur irlandais Richard Harris. Elle passe une partie de son enfance au Portugal, où elle joue dans plusieurs courts-métrages, avant de revenir dans son Royaume-Uni natal. Elle y suit des cours de théâtre dans une école d’art dramatique à Londres.

Cette polyglotte, qui parle couramment le français, le portugais et l’espagnol, commence par effectuer quelques apparitions dans des films, comme Mensonges d'État, porté par Leonardo DiCaprio. Elle est ensuite choisie pour incarner Jane Seymour le temps de cinq épisodes de la série Les Tudors. Ses rôles prennent alors un peu plus d'importance, tout comme ses projets. Ainsi, Annabelle est au casting de X-Men: Le commencement (2011), W.E. (2012), Hello Carter (2013) mais c'est en 2013 que sa carrière connaît un tournant avec la série Peaky Blinders. Salué par la critique et le public, ce programme suit une famille de criminels irlandais dans l'entre-deux-guerres. Face à Cillian Murphy, elle campe durant quatre saisons Grace Burgess. 

En parallèle, la comédienne rencontre également le succès sur grand écran et apparaît dans des productions lucratives. Après le film d'horreur Annabelle (2014), spin-off de Conjuring consacré à la poupée maléfique, elle est à l'affiche de deux des plus gros blockbusters de 2017 : la relecture de la légende du Roi Arthur par Guy Ritchie et La Momie, aux côtés de Tom Cruise et Sofia Boutella.

Elle revient à la télévision en 2019 avec la mini-série The Loudest Voice, dans laquelle un Russell Crowe méconnaissable campe Roger Ailes, le faiseur d'opinion le plus puissant des États-Unis, tombé en disgrâce pour harcèlement sexuel. En 2021, l'actrice retrouve, après Annabelle, l'univers de James Wan pour Malignant. Elle y tient le rôle principal, celui d'une femme assaillie par des visions cauchemardesques et poursuivie par une mystérieuse et terrifiante créature. 

Emilie Schneider