แอนนาโซเฟีย ร็อบ ได้แสดงในภาพยนตร์เรื่อง Have Dreams, Will Travel และ Jumper ร็อบนั้นแจ้งเกิดในวงการบันเทิงในปี 2005 ในผลงานภาพยนตร์ครอบครัวจากการกำกับการแสดงของ เวนน์ แวงเรื่อง Because of Winn-Dixie โดยร่วมแสดงกับเจฟฟ์ เดเนี่ยล
ร็อบได้รับการเสนอชื่อสำหรับรางวัล Young Artist Award ในฐานะ Best Performance by a Leading Actress สำหรับบทบทที่เธอแสดงเป็น โอปอล เด็กหญิงซึ่งมีชีวิตที่เปลี่ยนแปลงไปจากการที่เธอได้เพื่อนใหม่เป็นสุนัขข้างถนน และต่อมาในปีนั้นเธอได้แสดงเป็นแชมป์การเคี้ยวหมากฝรั่งชื่อ ไวโอเล็ต โบรีการ์ดในผลงานภาพยนตร์ของทิม เบอร์ตันเรื่อง Charlie and the Chocolate Factory นำแสดงโดยจอห์นี่ เดปป์
ร็อบยังได้ร่วมแสดงในภาพยนตร์ต่าง ๆ รวมถึงเรื่อง A West Texas Childrens Story ร่วมแสดงกับวัล คิลเมอร์ แมทธิว โมดีน และลาร่า ฟลินท์ บอยล์, ภาพยนตร์ดราม่าอินดี้ เรื่อง Ferris Wheel ร่วมแสดงกับ ชาร์ลีซ เธอรอน, ภาพยนตร์อินดี้แนวผจญภัยเรื่อง Doubting Thomas และภาพยนตร์การผจญภัยแนวแฟนตาซีเรื่อง Bridge to Terabithia
สำหรับผลงานทางโทรทัศน์ร็อบยังได้แสดงบทนำให้กับภาพยนตร์โทรทัศน์เรื่อง Samantha: An American Girl Holiday ซึ่งอำนวยการบริหารโดย จูเลีย โรเบิร์ต และกำกับการแสดงโดย นาเดีย ทาสส์ ผลงานสร้างชื่อทางจอแก้วของเธอยังรวมไปถึงการร่วมแสดงรับเชิญในซีรี่ส์คอมมิดี้ของนิเคโลดิออนเรื่อง Drake & Josh และเรื่อง Danny Phantom
ในตอนที่เธอไม่ได้แสดง เธอก็มีความสุขกับการเดินทางและทำงานเพื่อการกุศล
