Ана Селия де Армас Касо родилась 30 апреля 1988 года на Кубе и выросла в городе Санта-Крус-дель-Норте. В подростковом возрасте решила стать актрисой и в четырнадцать лет поступила в Национальную театральную школу в Гаване. Первой заметной работой в кино стала главная роль в романтической драме «Роза Франции» (2006) режиссёра Мануэля Гутьерреса Арагона.
В восемнадцать лет де Армас переехала в Испанию, где получила роль Каролины Леаль в популярном мистическом сериале «Чёрная лагуна» (2007–2010). Этот проект познакомил с ней широкую испаноязычную аудиторию и стал важным этапом профессионального становления.
В 2014 году актриса перебралась в Лос-Анджелес и начала строить карьеру в Голливуде. Одной из первых англоязычных работ стал триллер «Кто там» (2015), в котором она снялась вместе с Киану Ривзом. Затем последовали роли в фильмах «Парни со стволами» и «Каменные кулаки».
Международную известность де Армас принесла роль Джой — голографической спутницы главного героя — в фантастическом фильме Дени Вильнёва «Бегущий по лезвию 2049» (2017). В детективе Райана Джонсона «Достать ножи» (2019) она сыграла медсестру Марту Кабреру, оказавшуюся в центре расследования смерти известного писателя. Эта работа принесла актрисе номинацию на «Золотой глобус».
В фильме о Джеймсе Бонде «Не время умирать» (2021) де Армас исполнила роль агента ЦРУ Паломы. Несмотря на небольшое экранное время, персонаж стал одной из её самых запоминающихся работ в жанре боевика. Позднее актриса появилась в триллерах «Глубокие воды» и «Серый человек».
Особое место в её фильмографии занимает психологическая драма Эндрю Доминика «Блондинка» (2022), основанная на романе Джойс Кэрол Оутс. За воплощение образа Мэрилин Монро де Армас получила номинации на «Оскар», BAFTA и «Золотой глобус». В 2025 году она сыграла главную роль в «Балерине» — боевике из вселенной «Джона Уика», продолжив развивать направление, связанное с физически сложными экшен-ролями.
