Khoảng năm 1943, câu chuyện về người công chúa này đã được nhà văn Nguyễn Huy Tưởng viết thành cuốn tiểu thuyết lịch sử có tên gọi An Tư. Tiểu thuyết này được viết xong ngày 18 tháng 12 năm 1943. Sau đó được đăng báo Tri tân từ 15 tháng 6 năm 1944 đến 12 tháng 7 năm 1945.

Theo nội dung truyện, công chúa An Tư có người yêu là một nhân vật hư cấu tên Chiêu Thành vương Trần Thông, con cả của Thái úy Khâm Thiên Đại vương Trần Nhật Hiệu. Thân phận con của Trần Nhật Hiệu là hư cấu, nhưng sử sách đều ghi nhận có một Chiêu Thành vương (khuyết danh) và một người tên Trần Thông, điểm đặc biệt là cả hai người này đùng được ghi là cùng ra quân với Hoài Văn hầu Trần Quốc Toản, nên có lẽ tác giả Nguyễn Huy Tưởng đã dựa vào đó để đồng nhất thành một người. Và sau khi "người chồng" là Thoát Hoan trốn chạy, "nàng xuống ngựa thắp hương, rồi dập đầu trên nấm đất (ngôi mộ của Trần Thông) mà khóc rũ rượi...". Rồi dưới "ánh trăng bàng bạc, nàng mê man như ngày ruổi ngựa cùng chàng vào Thanh. Nàng đã đến bên bờ sông Cái, và không ngần ngại văng mình xuống nước..."[10]

Bàn về nhân vật này, PGS.TS. Nguyễn Bích Thu viết:

Trong tiểu thuyết...An Tư tượng trưng cho cái đẹp biết dấn thân, mang một ý nghĩa lớn lao có thể lay chuyển hàng binh thế trận...Nguyễn Huy Tưởng bằng tình cảm và lòng ngưỡng mộ của mình đã ghi nhận và tôn vinh sự hi sinh thầm lặng nhưng quyết liệt của An Tư, một nữ trung hào kiệt trong tiểu thuyết như một chiến công sánh ngang với Trần Quốc Toản, Trần Bình Trọng và trường hợp của nàng đáng được lưu danh như tên tuổi các bậc tiền nhân nhà Trần.[11]

Ngày nay, hình tượng An Tư công chúa luôn được thể hiện rất xinh đẹp và cao cả, hầu như người hiện đại hình dung kết cục của An Tư công chúa rất "tang thương" đúng như Chí lược, Toàn thư và Tiêu án ghi lại: ["An Tư qua trại Thoát Hoan và không rõ kết cục ra sao"]. Trong chương trình phim tài liệu Thăng Long Nhân Kiệt dài 100 tập được phát sóng nhằm kỷ niệm 1000 năm Thăng Long trên đài VTV, An Tư công chúa được liệt vào thứ 18 trong 100 vị vĩ nhân mà chương trình gọi là "Nàng công chúa nhỏ bé lá ngọc cành vàng, trở thành vật hi sinh cho nền độc lập dân tộc". Độ tuổi của An Tư công chúa, do hình tượng xinh đẹp và quan niệm về độ tuổi cưới gả khi ấy, mà luôn được hình dung ở khoảng từ 16 đến 18 tuổi, độ tuổi được cho là "hợp lý" để cưới gả, mặc dù không có sách sử nào chứng minh điều này.

Bên cạnh đó, có không ít giả thuyết cho rằng An Tư là người khác ngoài hoàng tộc họ Trần, được phong làm công chúa để phục vụ mục đích khác trong việc gả cho người Nguyên. Giả thuyết này xuất phát ở việc trong khi đề nghị hòa thân, các triều đại nhà Hán, nhà Đường thường lấy người trong họ, thậm chí là dân nữ, để phong công chúa rồi gả cho nhân vật cần liên hôn, chứ ít khi là Hoàng nữ thật sự (như Vương Chiêu Quân, Văn Thành công chúa và Nghi Phương công chúa). Bộ truyện tranh tên Long thần tướng đã dựa vào suy luận này mà tạo nên tình huống nhân vật Lê Nhật Lan, được cướp về từ hôn lễ không mong muốn của mình, sau được chỉ thị từ Hưng Đạo vương mà được giáo dục trở thành công chúa gả cho Thoát Hoan trong tương lai.