Nativa di Mount Kisco (New York), debuttò alla radio all'età di cinque anni[1] e, mentre frequentava la Children's Professional School di New York, per tre stagioni cantò presso la San Carlos Opera Company[2] con il nome di "Anne Blyth".
Durante la stagione 1941-1942 partecipò a una tournée con lo spettacolo Watch on the Rhine, che era già stato rappresentato con successo a Broadway e, a Los Angeles, la sua bellezza[2] e le sue qualità canore vennero notate dai talent scout cinematografici, facendole guadagnare, appena quindicenne, un contratto con la casa produttrice Universal Pictures.
Inizialmente destinata a ruoli di ingenua adolescente in musical minori, Ann Blyth all'età di 17 anni ebbe la grande occasione grazie alla scrittura da parte della Warner Brothers per il melodramma Il romanzo di Mildred (1945), in cui interpretò la figlia della protagonista (Joan Crawford). Il ruolo le valse una candidatura all'Oscar alla miglior attrice non protagonista.
Poco dopo la fine delle riprese, la Blyth subì un grave infortunio alla schiena e rimase inattiva per un anno[2]. Scongiurato il rischio di una paralisi, l'attrice riprese gradualmente a recitare in pellicole drammatiche quali Forza bruta (1947), accanto a Burt Lancaster, Pugno di ferro (1947) con Mickey Rooney e Un'altra parte della foresta (1948), prequel di Piccole volpi (1941) di Lillian Hellman, in cui interpretò la volitiva Regina Hubbard. Tra gli altri suoi ruoli drammatici, va ricordato quello di Valerie Carns, la ragazza innocente che viene condannata a morte per omicidio ne La campana del convento (1951).
Con il ruolo di Dorothy Benjamin Caruso nel biografico Il grande Caruso (1951), interpretato accanto al tenore Mario Lanza, Ann Blyth ottenne un contratto con la MGM e interpretò alcuni film musicali quali Il principe studente (1954) e Uno straniero tra gli angeli (1955), nei quali mise a frutto gli studi e le esperienze giovanili di canto[3].
Nel 1957 chiuse la sua carriera cinematografica con due film biografici, La storia di Buster Keaton (1957) e Quando l'amore è romanzo (1957), accanto a Paul Newman[4], in cui Blyth vestì i panni della cantante Helen Morgan. Malgrado il suo talento vocale, la Blyth venne doppiata nei numeri cantati da Gogi Grant.
Sposatasi nel 1953 con il medico James McNulty, la Blyth ha avuto cinque figli, Timothy Patrick (1954), Maureen Ann (1955), Kathleen Mary (1957), Terence Grady (1960) e Eileen Alana (1963).
Rosetta Calavetta in: Il sorriso della Gioconda, Figlio del delitto, Gli ultimi giorni di uno scapolo, Il grande Caruso, La campana del convento, Sally e i parenti picchiatelli, La storia di Buster Keaton
Fiorella Betti in: I fratelli senza paura, Rose Marie, Il principe studente, Il ladro del re, Uno straniero tra gli angeli
Lydia Simoneschi in: Un'altra parte della foresta, Il mondo nelle mie braccia
Rina Morelli in: Il romanzo di Mildred, La calata dei mongoli