Née à Moscou, RSFSR, URSS, dans la famille du cadreur Nikolaï Nemolyaev, frère de la célèbre actrice de cinéma Svetlana Nemolyaeva. Son grand-père était le réalisateur Vladimir Nemolyaev, connu pour les films Le Vol heureux, Docteur Aïbolit et d'autres, et sa grand-mère a travaillé toute sa vie comme ingénieure du son à Mosfilm. Enfant, Anastasiya aimait dessiner, broder, coller des jouets, peindre des planches de cuisine à la peinture à l'huile. Elle a tourné activement au cinéma à l'adolescence. En 1991, elle est diplômée du GITIS (atelier de M. Zakharov). De 1995 à 1999, elle a joué au théâtre de la Malaya Bronnaya. Anastasiya Nemolyaeva est mariée à Veniamin Skalnik et a trois enfants. Avec son mari, elle dirige une entreprise de design. Elle collabore activement avec de nombreuses galeries célèbres de Moscou.

Ses œuvres (verre, bois, meubles) se trouvent dans des collections privées en Russie, en France, au Royaume-Uni, au Japon, en Italie et dans d'autres pays. Plusieurs œuvres d'A. Nemolyaeva se trouvent au Musée russe d'art naïf. En 2005, elle a participé à l'action artistique La Parade des vaches à Moscou. Depuis les années 2000, Anastasiya ne travaille plus au théâtre et tourne rarement au cinéma (le film Le Transbordement, où elle a été invitée par Alexandre Rogojkine, la série Les Chasseurs de diamants), avec son mari elle a ouvert son propre atelier d'art Studio Anastasiya Nemolyaeva et l'Atelier Veniamin Skalnik, où elle travaille comme designer dans la technique de la peinture sur verre et sur bois (meubles, vaisselle), et peint également des intérieurs.