Debutó en el cine con la película Madrid, en 1987. Por aquel entonces era más conocida por ser la prima del bailarín y coreógrafo Nacho Duato, director artístico de la Compañía Nacional de Danza en la década de los 90, que por su propio trabajo. En 1989, intervino en un capítulo de Brigada central, donde coincidió con Imanol Arias, el que sería su eterna pareja en la ficción unos años después.
Cuéntame cómo pasó: cosas que quizá no sabías sobre Ana Duato
Después de dejar Médico de familia, se metió en la piel de una veterinaria en Querido maestro hasta que finalmente llegó Cuéntame cómo pasó, donde tenía que interpretar a Mercedes Fernández, más conocida como “Merche”. En este proyecto, producido por su propio marido, volvía a coincidir con Imanol Arias. Era la cuarta vez que trabajaban juntos y la tercera ocasión en la que hacían de pareja tras Querido maestro y Severo Ochoa.
La serie, que relata la historia de una familia española durante los últimos años del franquismo y el inicio de la transición española, triunfó desde el primer momento. “Ha sido un éxito compartido con gente a la que quiero, como mis amigos y mi marido, creador y productor de la serie. Nunca había tenido la posibilidad de adentrarme en un personaje que significa tanto para el público”, declaró en 2004 estando embarazada de su hija María, su segunda hija junto a Miguel Ángel Bernardeau.
Combinando su trabajo de actriz con sus labores como embajadora de buena voluntad de Unicef. En marzo de 2013, con el libro Cuéntame, ficción y realidad en las librerías, Ana recordaba entre risas: “Dudé mucho antes de aceptar el papel de Mercedes. Yo sabía que mi marido, productor ejecutivo de la serie, quería contar de alguna forma la historia de su vida. ¡De repente me estaban proponiendo interpretar a mi propia suegra!”. Y añadía: “Al final he conseguido hacer de Mercedes mi sueño, convertirla en todas las mujeres que admiro. Mujeres que han luchado, que han ido cumpliendo metas”.