Ana Vilenica se u kazalištu prvi put pojavila sa 16 godina u predstavi 'Za tri groša'. Nakon srednje škole u Sarajevo je upisala Akademiju scenske umjetnosti, a šest godina kasnije odlazi u London gdje je magistrirala na Central School of Speech and Drama.

Nakon serija 'Ponos Ratkajevih', 'Dolini sunca', 'Dnevnika plavuše' pojavila se u ulozi Patricije u RTL-ovoj dramskoj seriji 'Prava žena'. Osim televizijskih i kazališnih, ostvarila je i više filmskih uloga u filmovima 'Prvo smrtno iskustvo', 'Gori vatra', 'Poklon za Sanju', 'Žena mušketir', 'Duh u močvari', 'Outlanders' i 'Lea i Darija – dječje carstvo'.

Potom se posvetila majčinstvu i kazališnoj karijeri. Prije nekoliko godina izjavila da 'ima sve manje strpljenja za kazalište i da bi se više voljela okrenuti produkciji te da bi voljela kao glumica što dulje ostati na sceni. U siječnju je postala ravnateljica Hrvatske drame riječkog HNK-a. U međuvremenu je među ostalim u Novom Vinodolskom vodila je kazališnu radionicu za djecu, imala monoizvedbu 'Ane Katarine', sudjelovala je i u petoj sezoni showa 'Tvoje lice zvuči poznato'.

Piše filmske scenarije. Predaje kolegij 'Gluma pred kamerom' na Umjetničkoj akademiji Sveučilišta VERN', a 2022. je upisala doktorski studij 'Kultura i mediji' na Doktorskoj školi Sveučilišta 'J. J. Strossmayer' u Osijeku.

Inače s partnerom Edijem Mužinom je u kolovozu 2012. dobila sina Dujma. Svog dragog je upoznala na planinarenju, a oboje dijele ljubav prema rodnoj Rijeci i sedmoj umjetnosti.

Danas više ne fura platinasto plavu kosu, a još uvijek ima super liniju. Rekla je da ne pazi previše što jede. Najviše se, kaže, debljala kad je neuredno živjela i jela sendviče. Osim toga, voli trčati, a nekada se bavila altetikom.