Интерес к актерскому мастерству проявился у Анаис еще в детстве. В возрасте 7 лет девочка стала посещать театральные курсы. Большое влияние на выбор будущей профессии оказало увлечение старшего брата. Он мечтал работать в кинематографе и часто вместе с Анаис смотрел фильмы знаменитых режиссеров.
В 12 лет она получила небольшую роль в кино в фильме Дени Бардьо «Мир Марти», где сыграла вместе с Мишелем Серо. А спустя 2 года состоялась ее встреча с режиссером Михаэлем Ханеке, который предложил ей сыграть в его картине «Время волков». Этот фильм стал судьбоносным в карьере молодой актрисы. Именно после его выхода Анаис твердо решила связать свою жизнь с кинематографом.
В 2006 году Анаис Демустье исполнила главную роль в фильме «На следующий год», режиссером которого стала Изабель Чайка. Через год Анаис вновь посчастливилось работать вместе с Изабель. Только теперь это был короткометражный фильм «Un bébé tout neuf». Актерская работа Анаис не осталась незамеченной. Режиссер Кристоф Оноре пригласил ее на роль в своем фильме «Прекрасная смоковница».
В 2008 году Анаис Демустье снялась в фильме «Взрослые люди». За эту роль она получила номинацию на премию «Сезар» как самая многообещающая актриса. Второй раз она была номинирована на эту премию в 2011 за роль в картине «Любовь и свежая вода», где сыграла юную девушку, которая живет наперекор общепринятым правилам. Еще одна номинация, вот только на премию Европейской киноакадемии, досталась Анаис после съемок в ленте «Будь послушной».
В 2010 году на экраны вышел новый фильм с участием Анаис Демустье - «Сладкое зло». Работа актрисы не осталась незамеченной, и в Карловых Варах на кинофестивале она получила премию за лучшую женскую роль.
Одной из громких работ молодой актрисы стала роль в фильме «Откровение», где она сыграла с Жюльет Бинош. Несмотря на то, что Анаис Демустье еще очень молода, в ее копилке более 30 ролей в различных фильмах, среди которых ленты «Несущие стены» (2007), «Дай мне руку» (2008), «Прекрасная заноза» (2010), «Витая в облаках» (2010), «Снега Килиманджаро» (2011), «Последняя зима» (2011), «Набережная Орсе» (2013), «Люди и птицы» (2014), «Нить Арианы» (2014) и т.д.
