Native de Rheinfelden dans le Bade-Wurtemberg (Allemagne), Anne-Sophie Mutter voit le jour le 29 juin 1963.
Dès l'âge de cinq ans, la fillette révèle des facilités d'apprentissage musical au piano puis au violon en remportant le Concours fédéral des jeunesses musicales. Elevée à Winterthur, en Suisse, elle passe davantage de temps au conservatoire qu'à l'école et doit très tôt abandonner le lycée pour se consacrer à des études musicales.
 l'âge de treize ans, l'élève d'Erna Honigberger et d'Aida Stucki est recommandée au chef Herbert von Karajan qui la prend sous sa coupe. Engagée dans le prestigieux Orchestre Philharmonique de Berlin, elle fait ses grands débuts en 1977 au festival de Salzbourg, puis avec The English Chamber Orchestra dirigé par Daniel Barenboim. Devenue soliste de la formation berlinoise, Anne-Sophie Mutter effectue son premier enregistrement à quinze ans avec les Concertos pour violon n°3 & 5 de Mozart, chez Deutsche Grammophon (1978). Le disque reçoit plusieurs prix dès sa sortie.
En 1980, la violoniste prodige joue pour la première fois aux États-Unis avec l'Orchestre Philharmonique de New York dirigé par Zubin Mehta. Ses enregistrements des Concertos pour violon de Beethoven, Brahms, Bruch et Mendelssohn sont encensés par la critique et font l'objet de plusieurs récompenses. En 1983, à seulement vingt ans, la protégée de Karajan est nommée présidente honoraire de la Mozart Society de l'Université d'Oxford.
En 1988, après ses premières Quatre Saisons de Vivaldi, le Triple Concerto de Beethoven et des pièces de Lutoslawski (Chain 2), la musicienne tourne en Amérique du Nord et se produit au Carnegie Hall de New York. Mariée l'année suivante à l'avocat Detlef Wunderlich, elle doit élever seule leurs deux enfants après la mort de l'avocat en 1995. Cette même année sort l'album récital Meditation.
De retour sur scène en 1998, Anne-Sophie Mutter démontre qu'elle peut sortir du grand répertoire classique pour des pièces plus ardues comme les Métamorphoses de Penderecki. Elle se lance également dans l'intégrale des Sonates pour violon et piano de Beethoven avec Lambert Orkis. Les nombreuses compilations qui lui sont consacrées et ses ventes de disques inégalables font de la violoniste l'une des rares stars mondiales du rayon classique. Son style fougeux et passionné ravit les foules et convainc la critique.
En 2002, Anne-Sophie Mutter se remarie au chef d'orchestre et compositeur André Previn ; elle enregistre avec lui son Concerto pour violon (2003) et se lance dans des oeuvres de Korngold, Dutilleux, Bartok, Stravinsky et Glazounov. En octobre 2006, un mois après son divorce, la violoniste annonce qu'elle se retirera de la scène en juin 2008, à l'occasion de son 45ème anniversaire. Elle se consacre davantage à des actions humanitaires comme la lutte contre le sida. De temps à autre, elle ressort l'un des deux Stradivarius qu'elle possède, un Emiliani de 1703 et un Lord Dunn-Raven de 1710.
Fin 2011, la marque Deutsche Grammophon publie ASM 35 - The Complete Musician, un coffret résumant trente-cinq années de succès avec la star du violon. En mars 2014, le nouvel album consacré à Antonín Dvo?ák comprend le Concerto pour violon qu'Anne-Sophie Mutter enregistre pour la première fois, avec le Berliner Philharmoniker dirigé par Manfred Honeck.
