Anna Leopoldovna là con gái của Charles Léopold, Công tước xứ Mecklenburg-Schwerin. Mẹ bà là Catherine, chị gái của Nữ hoàng Anna, con gái lớn nhất của Hoàng đế Ivan V của Nga. Nguyên tên ban đầu của bà là Elisabeth Katharina Christine von Mecklenburg-Schwerin.

Cha của Catherine, ông ngoại của Elisabeth là Ivan V của Nga, vốn là anh trai và cũng là người đồng cai trị với Pyotr Đại Đế. Do vấn đề về thần trí, Ivan V không có khả năng cai trị, và phần lớn quyền lực rơi vào tay Pyotr. Bản thân Catherine được Pyotr nuôi dạy và xem như con gái của ông. Catherine cưới Charles Léopold sau khi ông đã hủy hôn với 2 người vợ trước đó, và bà sinh ra Elisabeth là con đầu lòng cho Charles. Vào khoảng năm 1721, Catherine lại mang thai, nhưng đứa bé bị sinh non. Việc này ảnh hưởng đến cuộc hôn nhân của hai vợ chồng, vì sang năm sau (1722), Catherine dẫn con gái duy nhất Elisabeth về lại Nga, và từ đó Elisabeth gần như không liên lạc gì lại với cha mình.

Năm 1730, Hoàng đế Peter II của Nga qua đời mà không có nam duệ, chấm dứt tương lai cho nhà Romanov. Vào lúc đó, hội đồng Đế quốc Nga bàn định ai sẽ là người tiếp nhận Đế vị để duy trì nền chính trị khi ấy, và Catherine - với tư cách là con gái lớn nhất của Ivan V được nhìn nhận là người có khả năng. Tuy nhiên, sau một loạt diễn biến tiếp theo, Catherine bị loại khỏi danh sách thừa kế, và em gái bà, Anna Ivanovna được chọn làm Nữ hoàng, là Nữ hoàng đế Anna của Đế quốc Nga.

Vị Nữ hoàng đế Anna là một gỏa phụ không con cái, chỉ còn duy nhất người chị gái Catherine và người cháu Elisabeth, do đó Anna trở thành một nhân vật rất quan trọng khi ấy của hoàng tộc.