این بازیگر زن در سال ۲۰۱۴ از مادرید به لس آنجلس نقل مکان کرد و در آنجا با کارگردانانی مانند جاناتان کوبوویز، تاد فلیپس، الی راث و با بازیگرانی همچونرابرت دنیرو، کیانو ریوز، ادگار رامیرز، جونا هیل، مایلز تلر و اسکات ایستوود و رایان گاسلینگ همکاری کرده‌است. اولین فیلم او گل رز از فرانسه بود، که در کنار الکس گونزالس، در سن ۱۶ سالگی ایفای نقش کرد و بعد از آن در فیلم‌هایی نظیر: مادریگال (۲۰۰۷) به کارگردانی فرناندو پرز و در فیلم بهشت گمشده (۲۰۰۷) به کارگردانی اپرا ساچ ایفای نقش کرده‌است.

اولین موفقیت بزرگ او، در نقش کارولینا لیل سولیس، در مجموعه تلویزیونی اسپانیایی به نام مدرسه شبانه روزی بود که از کانال آنتن ۳ در سال ۲۰۰۷ پخش شد. بازیگران این سریال آنا د آرماس (کارولینا) یون گونسالس (ایوان)، مارتینیو ریباس (مارکوس)، النا فوریاسه (ویکتوریا) و بلانکا سوآرس (جولیا) بود. او سپس، در فیلم «آواز عشق در باشگاه لولیتا» ۲۰۰۷ در کنار ادواردو نوریگا و فیلم اسپانیایی سکس، مهمانی و دروغ (۲۰۰۹) با بازی ماریو کاساس ادامه داد. در آوریل ۲۰۰۸ میلادی، او بر روی جلد نسخه اسپانیایی مجله FHM به چاپ رسید و در اوت ۲۰۰۹ میلادی در مجله مد غرور در میان دیگران ظاهر شد. در اکتبر ۲۰۱۲ بر روی مجله ووگ اسپانیا به چاپ رسید. وی در سال ۲۰۰۹ میلادی در فیلم اسپانیایی «سکس، مهمانی و دروغ» بازی کرد، که با فروشی بیش از ۴ میلیون یورو، جز بالاترین فیلم‌های پرفروش در سال ۲۰۰۹ به شمار رفت. در ژوئیه ۲۰۱۰ میلادی، در مجموعه تلویزیونی با عنوان «افسانه هیسپانیا» بازی کرد که در کانال آنتن ۳ پخش شد و در سال ۲۰۱۲ میلادی پایان یافت، که او در نقش (نری) می‌باشد. وی در ۱۸ ژوئیه – ۲۴ اوت ۲۰۱۳ میلادی، در فیلم به خاطر چند بوسه بازی کرد که به کارگردانی دیوید منکس و ستارگان این فیلم مارتینیو ریباس ، مارینا سالاس و مگان مونتانر است. این فیلم در تاریخ ۱۶ مه سال ۲۰۱۴ به نمایش در آمد.

وی همچنین در دو فیلم تق تق (۲۰۱۵) و بی‌پناه (۲۰۱۶) با بازیگری کیانو ریوز به ایفای نقش پرداخته است. او در سال ۲۰۱۶ به ایفای نقش در سه فیلم «سگ‌های جنگی»، «دست‌های سنگی» و «اوردرایو» پرداخت و همچنین در سال ۲۰۱۷ در کنار بازیگرانی نظیر هریسون فورد و رایان گاسلینگ در فیلم بلید رانر ۲۰۴۹ایفای نقش خواهد کرد. «آنا دِ آرماس» که بخاطر نقش‌هایش در «مدرسه شبانه ‌روزی» و «افسانه هیسپانیا» شهرت دارد، طی مراسمی خصوصی و بدور از انظار، در کوستا براوا با «مارک کلوتت» پیوند زناشویی بست. از آن پس، روابط این دو، با فراز و نشیب‌های زیادی همراه بوده و بنا به گفته‌ها، گاهی هم با بحران‌های شدیدی همراه بوده‌است. در نهایت، کلوتت در مراسم فرش قرمز «جوایز گویا»، جدایی‌اش را با آنا اعلام کرد و به خبرنگاران گفت: «بله ما روابطمان را خاتمه دادیم. این یک توافقِ دوطرفه بود. آرامشم را بازیافتم». پس از جدایی، آنا به زادگاهش کوبا پناه برد و مدتی را در آنجا گذراند.