Народилася в місті Москва, РРФСР, СРСР в сім'ї оператора Миколи Немоляєва - рідного брата популярної кіноактриси Світлани Немоляєвої. Дідусь - кінорежисер Володимир Немоляєв, відомий за фільмами «Щасливий рейс», «Доктор Айболит» та інших, а бабуся все своє життя пропрацювала звукооператором на «Мосфільмі». У дитинстві Анастасія захоплювалася малюванням, вишиванням, клеїла іграшки, розписувала кухонні дошки олійними фарбами. Активно знімалася в кіно в підлітковому віці. У 1991 році закінчила ГІТІС (майстерня М. Захарова). З 1995 по 1999 грала в театрі на Малій Бронній. Анастасія Немоляєва одружена з Веніаміном Скальником, має трьох дітей. Разом з чоловіком займається дизайнерським бізнесом.

Активно співпрацює з багатьма відомими галереями Москви. Її роботи (скло, дерево, меблі) знаходяться в приватних колекціях в Росії, Франції, Великобританії, Японії, Італії та інших країнах. Кілька робіт А. Немоляєвої знаходяться в Російському музеї наївного мистецтва. У 2005 році взяла участь у художній акції «Парад корів» у Москві. З 2000-х років Анастасія не працює в театрі і зрідка знімається в кіно (фільм «Перегін», куди її запросив Олександр Рогожкін, серіал «Мисливці за діамантами»), з чоловіком відкрила власну художню «Студію Анастасії Немоляєвої» і «Майстерню Веніаміна Скальника», де працює дизайнером у техніці розпису по склу і дереву (меблі, посуд), а також розписує інтер'єри.