Первая роль в кино Ковальчук состоялась в 1998 году — в лирико-комедийной притче «Любовь зла» режиссёра Владимира Зайкина.
Всеобщая популярность пришла после роли следователя Марии Швецовой в телесериале «Тайны следствия» (2001), благодаря которой актриса стала лауреатом приза «за воплощение образа положительного героя» на международном правовом кинофестивале «Закон и общество».
После съёмок первых серий телесериала «Тайны следствия» выяснилось, что актриса беременна. Сценарист Елена Топильская переписала в сценарии всё, что касалось личной жизни её главной героини. 26 октября 2000 года Ковальчук родила дочь Злату, и сцена родов и последующего кормления новорождённого ребёнка грудью была включена в одну из серий «Тайн следствия».
В 2005 году Анна Ковальчук снялась в сериале «Мастер и Маргарита», экранизации знаменитого романа Михаила Булгакова.
В создании образа Маргариты Анне Ковальчук помог «Дневник Мастера и Маргариты» (дневник Елены Булгаковой), который актрисе подарили перед съёмками в сериале
| Год | Название | Роль | Тип |
|---|---|---|---|
| 2026 | Новороссия. Потёмкин | императрица Екатерина II | Сериал |
| 2025 | Сказки тёмного леса | Фильм | |
| 2025 | Беспринципные в Питере | Лена | Сериал |
| 2019 | Тайны следствия. Прошлый век | Mariya Sergeevna Perevalova | Сериал |
| 2018 | Золушка | chief maid of honor | Фильм |
| 2018 | Годунов | Мария Ливонская | Сериал |
| 2016 | Ура! Каникулы! | Фильм | |
| 2014 | Екатерина | Сериал | |
| 2011 | Пётр Первый. Завещание | Сериал | |
| 2009 | Адмиралъ | Sofia Kolchak | Сериал |
| 2008 | Адмиралъ | Sofia | Фильм |
| 2006 | Рифмуется с любовью | Фильм | |
| 2006 | Час пик | Фильм | |
| 2005 | Мастер и Маргарита | Margarita | Сериал |
| 2003 | Особенности национальной политики | Фильм | |
| 2000 | Тайны следствия | Мария Швецова | Сериал |
| 1999 | Любовь зла... | Princess | Фильм |