Согласно метрике, родилась Анна 31 января, то есть 12 февраля по новому стилю, 1881 года в госпитале на Кирочной улице в Петербурге.

Матерью ее была Любовь Фёдоровна, служившая прачкой, а отцом записан солдат из тверских крестьян Матвей Павлович Павлов, настоящее имя которого, по некоторым данным, было Шабетай Шамаш — он принадлежал роду крымских караимов. Умер Матвей Павлович, когда Анна была еще младенцем. Но ходили слухи, что отцом Анны мог быть известный петербургский банкир еврейского происхождения Лазарь Соломонович Поляков, в доме которого и работала мать Анны. В любом случае, и отчество «Павловна», и фамилия «Павлова» — выдуманные.Тем не менее, жили Анна с матерью скромно, но могли позволить себе редкие выходы в свет: когда девочке было восемь лет, она впервые попала в Мариинский театр — на балет «Спящая красавица». С тех пор у нее появилась мечта — непременно стать танцовщицей. Но с первого раза Анну не приняли в хореографическое училище, она была слишком маленькой и слабой. Через два года она повторила попытку и поступила! Правда, все равно была самой хрупкой и миниатюрной — мощные одноклассницы, готовые к тяжелому физическому труду, называли ее «шваброй». Учеба давалась ей непросто — уклад походил на монастырский, только вот питалась Павлова усиленно, чтобы нарастить мускулатуру.