Anna Sophie Petersen var en af de få kvinder i sin samtid, der fik en rigtig maleruddannelse. Hun begyndte på tegne- og kunstindustriskolen for kvinder, hvorfra hun dimitterede i 1880. I 1880'erne tog hun på studieophold i Rom og senere til Bretagne og Paris, hvor hun modtog undervisning hos Jean-Jacques Henner (1829–1905). I 1890 blev hun optaget på Kunstakademiets Kunstskole for Kvinder.

I begyndelsen koncentrerede hun sig om figur-maleriet og portrættet, men begyndte efterhånden mere og mere at male almuen og opnåede anerkendelse som en stor realist i stil med L. A. Ring. Hun var en usædvanlig kvinde, der omgikkes tidens moderne kunstnere og deltog i mange udstillinger i både ind- og udland. En god ven var J. F. Willumsen, som Anna Sophie Petersen rejste til Spanien med. De to forblev venner hele livet. Anna Sophie Petersen var repræsenteret på udstillingen i Kunstforeningen i København: “Når kvinder fortæller” efteråret 2002.

I 2003 erhvervede Statens Museum for Kunst sit første og hidtil eneste maleri af kunstneren “En Bretagne-pige ordner planter i drivhuset” (inv. nr. KMS8289), dateret Paris 1884. I 2007 erhvervede Den Hirschsprungske Samling “En aften hos veninden. Ved lampelys”, dateret 1891, som forestiller fire kvinder, der lytter til en violinistinde. Hirschsprung ejer desuden “Under gudstjenesten” fra 1890, der ligesom nærværende fremstilling af den sovende kvinde viser hendes evne til at fange det enkelte menneskes udtryk helt enkelt og usentimentalt.