Anastasiya được nuôi dưỡng ở Kavkaz và sống ở đây từ năm 1862 đến 1878 cùng gia đình. Năm 1879, Anastasiya kết hôn với Friedrich Franz xứ Mecklenburg, sau này trở thành Đại Công tước xứ Mecklenburg-Schwerin vào năm 1883 với tên hiệu là Friedrich Franz III. Cặp đôi có ba người con, nhưng chồng của Anastasiya vì chịu dày vò của bệnh tật nên họ dành phần lớn thời gian trong năm sống ở nước ngoài. Đại Công tước phu nhân chưa bao giờ quen với đất nước mới cũng như không được lòng dân nơi đây. Sau cái chết của chồng vào năm 1897, những chuyến thăm của Anastasiya đến Schwerin rất thưa thớt.

Là một người phụ nữ có ý chí mạnh mẽ, độc lập và khác thường, Anastasiya Mikhaylovna đã gây ra một vụ bê bối khi vào năm 1902, Nữ Đại vương công đã có một đứa con với thư ký riêng của mình. Trong thời gian góa bụa, Anastasiya dành phần lớn thời gian trong năm ở miền Nam nước Pháp. Trong Thế chiến thứ nhất, Nữ Đại vương công quyết định định cư ở Thụy Sĩ trung lập và sống ở Lausanne. Anastasiya Mikhaylovna qua đời sau một cơn đột quỵ vài năm sau đó.