Anna Maria Louisa Italiano est née le 17 septembre 1931 à New York, dans le quartier du Bronx, dans une famille d’immigrés italiens. Après des études scientifiques qui devaient la destiner au métier de laborantine, elle débute à la télévision (CBS) sous le nom de Anne Marno.

Engagée par Darryl Zanuck pour la 20th Century Fox, elle débute au cinéma dans Troublez-moi ce soir (1952) de Roy Ward Baker aux côtés de Marilyn Monroe et Richard Widmark.

En 1963, elle obtient l’Oscar de la meilleure actrice pour son rôle dans Miracle en Alabama.

En 1964 elle épouse Mel Brooks, avec qui elle tourne plusieurs films, notamment Le prisonnier de la seconde avenue (1975) et Etre ou ne pas être (1983) ou Dracula, mort et heureux de l’être (1995) aux côtés de Leslie Nielsen.

Elle est connue du public, entre autres, pour son rôle de Mrs. Robinson dans le film Le Lauréat (1967) de Mike Nichols, au côté d’un débutant du nom de Dustin Hoffman. Elle a aussi marqué les esprits en tenant le premier rôle féminin d’Elephant Man de David Lynch, et en jouant la mère juive (et envahissante) de Harvey Fierstein dans Torch Song Trilogy.