AnnaLynne McCord est née à Atlanta en Géorgie. Elle est élevée avec ses deux sœurs, Angel et Rachel, dans une famille conservatrice. Elle sait très jeune qu'elle veut devenir actrice et participe déjà aux pièces de théâtre de son école.

Scolarisée à domicile, elle est diplômée à l'âge de 15 ans. AnnaLynne entre dans une agence de mannequins tout en passant des auditions. C'est d'abord sa carrière dans le mannequinat qui décolle, elle participe à de nombreuses campagnes publicitaires pour diverses marques et signe notamment des contrats avec la marque Estee Lauder et le magazine Seventeen.

Annalynne contribue à divers organismes de bienfaisance :

• En 2015, elle prend la parole devant les Nations Unies avec l'appui de l'UNWFPA pour annoncer son projet de lutte contre les agressions sexuelles et les abus domestiques avec la campagne No More.
• Elle est partisane du projet Saint Bernard, une organisation de reconstruction consacrée à aider les victimes de l'ouragan Katrina.
• Elle est l'ambassadrice de bonne volonté du New Somaly Fund qui vient en aide aux femmes victimes du trafic d'êtres humains et de violences sexuelles. Elle fait notamment la couverture du magazine Signature et met en évidence son dévouement pour cette lutte.

Entre septembre 2008 et juin 2011, AnnaLynne a été en couple avec l'acteur, Kellan Lutz - connaissant un bon nombre d'intermittences.

En juin 2011, elle devient la compagne de l'acteur australien, Dominic Purcell - de 17 ans son aîné. Ils se séparent à l'amiable en décembre 2014. En début d'année 2015, elle aurait eu une brève liaison avec le basketteur canadien, Rick Fox - de 18 ans son aîné. Cette même année, elle découvre que son ex-compagnon, Dominic est atteint d'un cancer de la peau ; ils se revoient en amis, mais décident de se remettre ensemble en décembre 2015. Finalement, ils se séparent à nouveau en janvier 2018. À la suite d'un post Instagram, elle révèle qu'ils se sont remis ensemble en février 2020. Ils se séparent à nouveau en fin d'année 2021.