Nata a Roma il giorno 22 ottobre 1943, dopo aver conseguito la laurea in Scienze politiche, Anna Maria Cancellieri inizia nel 1972 la carriera direttiva al ministero dell'Interno partendo da Milano.

Ottiene la nomina di prefetto nel 1993 ed esercita tale ruolo in diverse aree dell'Italia: i suoi primi incarichi la portano nelle città di Vicenza, Bergamo e Brescia. Nell'anno 2003 arriva a Catania. Fa ritorno al nord nell'anno 2008 quando passa alla guida della prefettura della città di Genova.
Termina il suo servizio per il ministero dell'Interno nel 2009.

Nel mese di febbraio del 2010 Anna Maria Cancellieri riceve la nomina di commissario straordinario di Bologna; nel mese di ottobre dell'anno seguente ricopre il medesimo ruolo per il comune di Parma; torna alla guida del comune emiliano dopo un'esperienza precedente, risalente al 1994.

Anna Maria Cancellieri è sposata con Nuccio Peluso: la coppia ha due figli, uno dei quali, Piergiorgio Peluso, ha lavorato in Unicredit e ha ricoperto per un breve periodo la carica di direttore generale di Fondiaria-SAI tra il 2011 e il 2012.

Dal 16 novembre 2011 è Ministro dell'Interno per il governo Monti e nell'attuale governo Letta ricopre l'incarico di Ministro della Giustizia.