Nació en la ciudad de Moscú, RSFSR, URSS, en la familia del operador de cámara Nikolái Nemolyaev, hermano carnal de la popular actriz de cine Svetlana Nemolyaeva. Su abuelo fue el director de cine Vladímir Nemolyaev, conocido por las películas Viaje feliz, Doctor Aibolit y otras, y su abuela trabajó toda su vida como ingeniera de sonido en Mosfilm. En la infancia, Anastasiya se aficionó al dibujo, el bordado, pegaba juguetes, pintaba tablas de cocina con pinturas al óleo. Actuó activamente en el cine durante su adolescencia. En 1991 se graduó en el GITIS (taller de M. Zakharov). De 1995 a 1999 actuó en el teatro de la Malaya Bronnaya. Anastasiya Nemolyaeva está casada con Veniamin Skalnik y tiene tres hijos. Junto con su marido se dedica al negocio del diseño.

Colabora activamente con muchas galerías conocidas de Moscú. Sus obras (vidrio, madera, muebles) se encuentran en colecciones privadas de Rusia, Francia, Gran Bretaña, Japón, Italia y otros países. Varias obras de A. Nemolyaeva se encuentran en el Museo Ruso de Arte Naíf. En 2005 participó en la acción artística Desfile de vacas en Moscú. Desde la década de 2000, Anastasiya no trabaja en el teatro y actúa ocasionalmente en el cine (la película Peregon, a la que la invitó Aleksandr Rogozhkin, la serie Cazadores de diamantes), con su marido abrió su propio estudio de arte Estudio de Anastasiya Nemolyaeva y el Taller de Veniamin Skalnik, donde trabaja como diseñadora en la técnica de pintura sobre vidrio y madera (muebles, vajilla), y también pinta interiores.