Annie Murphy é filha única, nascida em Ottawa, no Canadá. Seus pais eram professores, frequentando, ela, o colégio Elmwood School, onde atuou em algumas produções teatrais. Murphy estudou na Queen's University por um ano, se formando, depois, em performance teatral na Concordia University. Ela se mudou para Los Angeles aos 22 anos para seguir o sonho de ser atriz.

Fez sua estreia como atriz no filme de suspense policial para a televisão, Lethal Obsession (2007), continuando por desempenhar pequenos papéis e figurações em diversos outros filmes canadenses, como Story of Jen (2008), Lick (2010), e A Windigo Tale (2010). Estrelou, também, em algumas séries de televisão canadenses, como Good God (2012) e Rookie Blue (2012). Annie disse que, durante este tempo, ela era uma atriz esforçada que "estava implorando para entrar em comédias", mas seu currículo tinha apenas dramas. Murphy também apareceu em diversas séries de televisão americanas: The Beautiful Life (2009), Blue Mountain State (2010), Against the Wall (2011) e Beauty & the Beast (2012).

Em 2013, ela fez o teste e ganhou o papel de Alexis Rose no sitcom da CBC Schitt's Creek. A atriz interpretou a personagem por toda a série, de janeiro de 2015 até abril de 2020, ganhando o Emmy de Melhor Atriz Coadjuvante em Série de Comédia.

Após seis anos em Montreal, Murphy mudou-se para Toronto, onde co-criou e estrelou The Plateaus , uma série da web, de 2015, sobre quatro músicos insuportáveis. Seu desempenho no show lhe rendeu uma indicação no Canadian Screen Awards 2016 de Melhor Desempenho em um Programa ou Série Produzida para Mídia Digital. 

Em fevereiro de 2020, ela foi escalada como protagonista na série de comédia do canal AMC Kevin Can F— Himself. Devido à pandemia de coronavírus, a produção foi adiada.

Murphy é embaixadora da CARE Canada, uma entidade humanitária global. Em 2019, ela visitou a Jordânia para aprender sobre os esforços da CARE para empoderar mulheres e meninas na região.