Karina zadebiutowała w filmie krótkometrażowej jeszcze jako 14-latka. Trzy lata później przeniosła się do Paryża, gdzie szybko zwróciła na siebie uwagę.
Jej prawdziwe nazwisko brzmiało Hanne Karen Blarke Bayer; pseudonim artystyczny wymyśliła jej Coco Chanel.
Odmówiła występu w debiucie Paula Godarda, który zachwycił się młodą aktorką kąpiącą się w pianie w reklamie mydła Palomolive i zaproponował jej udział w filmie "Do utraty tchu" z 1960 roku, który zainicjował francuską Nową Falę. W filmie wystąpiła Jean Seberg i Jean-Paul Belmondo.
Zagrała potem w filmie "Żołnierzyk". Za rolę Angeli w filmie "Kobieta jest kobietą" została nagrodzona na festiwalu w Berlinie W 1962 roku.
Wystąpiła łącznie w siedmiu filmach Godarda; została też jego żoną. Grała też w filmach Luigiego Viscontiego, Tony Richardsona, a także u George'a Cukora.
Była też znaną piosenkarką. Wielki sukces przyniosło jej wykonanie piosenki Serge'a Gainsbourga w komedii muzycznej "Anna" Pierre'a Koralnika.
Na wieść o śmierci Anny Kariny francuski minister kultury Franck Riester napisał w Tweecie, że "kino francuskie zostało dziś osierocone. Straciło jedną ze swych legend".
