Estudià pintura al San Francisco Art Institute i, alhora, fotografia. L’any 1970 començà a treballar per a la revista Rolling Stone, de la qual n’esdevingué la fotògrafa principal el 1973, i més tard col·laborà a Vogue (1983) i a Vanity Fair (des del 1998).
Paral·lelament, treballà en campanyes de publicitat i, sobretot, per a companyies de dansa, especialment per a l’American Ballet Theatre i la companyia de Mikhail Baryshnikov. És reconeguda, a més, pels seus retrats d’icones de la música popular i de l’espectacle (Bob Dylan, Mick Jagger, Michael Jackson, Bob Dylan, Bruce Springsteen, John Lennon, etc.)
Així mateix, és autora, entre d’altres, dels llibres de fotografia Annie Leibovitz: Photographs (1983), Photographs: Annie Leibovitz 1970–1990 (1991), Olympic Portraits (1996), Women (1999), American Music (2003), A Photographer’s Life: 1990–2005 (2006) i Annie Leibovitz at Work (2008). Ha exposat la seva obra als centres més prestigiosos del món (National Portrait Gallery de Washington DC; International Center of Photography i Brooklyn Museum de Nova York; Stedelijk Museum d’Amsterdam; Centre National de la Photographie de París; National Portrait Gallery de Londres).
L’any 2013 rebé el premi Príncipe de Asturias de comunicació i humanitats.