Первая роль в кино Ковальчук состоялась в 1998 году — в лирико-комедийной притче «Любовь зла» режиссёра Владимира Зайкина.
Всеобщая популярность пришла после роли следователя Марии Швецовой в телесериале «Тайны следствия» (2001), благодаря которой актриса стала лауреатом приза «за воплощение образа положительного героя» на международном правовом кинофестивале «Закон и общество».
После съёмок первых серий телесериала «Тайны следствия» выяснилось, что актриса беременна. Сценарист Елена Топильская переписала в сценарии всё, что касалось личной жизни её главной героини. 26 октября 2000 года Ковальчук родила дочь Злату, и сцена родов и последующего кормления новорождённого ребёнка грудью была включена в одну из серий «Тайн следствия».
В 2005 году Анна Ковальчук снялась в сериале «Мастер и Маргарита», экранизации знаменитого романа Михаила Булгакова.
В создании образа Маргариты Анне Ковальчук помог «Дневник Мастера и Маргариты» (дневник Елены Булгаковой), который актрисе подарили перед съёмками в сериале