Анна Леопольдовна родилась 7 декабря 1718 года в Ростоке и по обычаю протестантской церкви была названа Елизаветой-Екатериной-Христиной. Ее мать, старшая дочь брата Петра I — царя Иоанна V, Екатерина Иоанновна, по инициативе царя-дяди в 1716 году была выдана замуж за герцога Мекленбург-Шверинского Карла-Леопольда.
Семейная жизнь у родителей будущей правительницы России не сложилась. Как уже упоминалось выше, молодая Елизавета недолго находилась при отце: мать ее не в силах была выносить деспотизм и грубость мужа, герцога Карла-Леопольда, из-за чего рассталась с ним и в 1722 году вместе с дочерью возвратилась в Россию к своей матери, в подмосковное село Измайлово. В России, в 1733 году, Елизавета приняла православие и была наречена Анной (Анной Леопольдовной).
Об отце Анны, герцоге Мекленбург-Шверинском, говорили не иначе как о «человеке крайне взбалмошном, грубом, сварливом и беспокойном, бывшем в тягость и жене своей, и подданным».
Да и о ее матери отзывались не совсем лестно: что «в ней очень мало скромности», что «она ничем не затрудняется и болтает все, что ей приходит в голову», что она «чрезвычайно толста и любит мужчин».
Когда Анна Иоанновна стала императрицей, маленькая принцесса была взята ею за родную дочь и жила во дворце, тем более что в скором времени Екатерина Иоанновна скончалась.
Что касается воспитания Елизаветы, то едва ли ее родители особо заботились о нем. И только при императрице Анне Иоанновне, по-видимому, было уделено внимание воспитанию юной принцессы с тем, чтобы передать престол ее потомству.
Положение маленькой принцессы при императорском дворе было не из легких. Дело в том, что, с одной стороны, немецкая партия с Остерманом и Левенвольдом во главе тайно надеялась видеть в ней если не преемницу Анны Иоанновны, то, по крайней мере, мать преемника. Именно в ней хотели иметь соперницу цесаревны Елизаветы Петровны. С другой стороны, Бирон боялся молодой принцессы, ибо она впоследствии могла занять российский престол, хотя в то же время мечтал женить на ней своего сына. Вот почему с самого детства принцесса Анна стала объектом всех придворных интриг, нашептываний и нелестных отзывов. Для придворных интриганов Анна являлась яблоком раздора. Поэтому не случайны противоположные высказывания о принцессе очевидцев описываемого времени. Так, например, супруга английского посланника в Петербурге леди Рондо писала о ней следующее: «Принцесса Анна, на которую смотрят как на наследную принцессу, теперь уже находится в таком возрасте, что могла бы заявить себя чем-нибудь, тем более что ее воспитывают с такою заботою; но в ней нет ни красоты, ни грации, и умея не высказал еще ни одного блестящего качества. Она держит себя очень степенно, говорит мало и никогда не смеется, что мне кажется неестественным в такой молодой особе и происходит, по моему мнению, скорее от тупости, нежели от рассудительности…» Другого мнения, возможно тоже субъективного, об Анне Леопольдовне придерживался граф Миних-младший. «Принцесса Анна, — пишет он, — сопрягала с многим остроумием благородное и добродетельное сердце. Поступки ея были откровенны и чистосердечны, и ничто не было для нее несноснее, как столь необходимое при дворе притворство и принуждение».
Императрица Анна Иоанновна, не желавшая видеть нелюбимую царевну на троне, рано задумалась о своем преемнике и по совету Остермана, Левенвольда и Феофана Прокоповича выразила желание найти пятнадцатилетней племяннице достойного жениха.
Поручение императрицы выполнял граф Левенвольд: он искал жениха за границей. Прусский двор, узнав о желании Анны Иоанновны, рекомендовал маркграфа Карла. Переговоры шли успешно, но их сорвал австрийский посланник в Берлине фельдмаршал Секендорф. Вскоре венский двор предложил другого жениха — племянника императрицы Марии-Терезии, принца Антона-Ульриха Брауншвейг-Бевернского. Новое предложение было принято, и четырнадцатилетний жених в 1733 году явился в Санкт-Петербург, получив чин полковника кирасирского полка.
Небольшого роста, тщедушный и белобрысый, робкий юноша с неуклюжими манерами, да еще и заика, не понравился ни императрице, ни тем более невесте.
Юного принца стали воспитывать вместе с Анной, полагая, что между детьми укрепится привязанность, которая в молодых людях впоследствии перейдет в более нежное чувство. Однако надежды императрицы не оправдались: принцесса Анна с первого же взгляда невзлюбила своего суженого. Молодые люди не сошлись характерами, и принцесса Анна демонстративно игнорировала Антона-Ульриха.
«Принц нравится мне так же мало, как и принцессе, — говорила Анна Иоанновна Бирону, — но высокие особы не всегда соединяются по наклонности. Будь что будет, только он никогда не должен иметь участия в правлении; довольно и того, если дети его будут наследниками. Впрочем, принц кажется мне очень миролюбивым и устойчивым человеком. Во всяком случае, я не удалю его со двора, чтоб не обидеть австрийского императора».