1931. szeptember 29-én született Malmőben Kerstin Anita Marianne Ekberg néven. Apja dokkmunkás volt, népes családja (hét testvére volt) nem dúskált az anyagi javakban. Anita előnyös külső adottságait kamatoztatva próbált kitörni a szegénységből: már tizenévesen keresett fotómodell volt, húszévesen Svédország szépévé választották. A győzelem nyomán részt vehetett az Egyesült Államokban a világszépe-választáson is, ahol ugyan nem győzött, de mégis nyert, hiszen felfedezte Hollywoodot és Hollywood is felfedezte őt. Először az excentrikus milliárdos Howard Hughes cégével szerződött, ami szakmailag nem vezetett sehová, viszont Anita állítása szerint Hughes megkérte a kezét. A legenda szerint azt is visszautasította, hogy megváltoztassa nevét, arra hivatkozva, hogy vagy híres lesz, és akkor az emberek megtanulják nevének kiejtését, vagy nem lesz az, akkor pedig az egész nem számít.
1953-tól a Universal stúdióhoz került, ahol dráma-, beszéd-, lovagló-, vívó- és táncórákat kellett volna vennie. Ekberg a tanulást, a stúdió pedig egy idő után őt nem vette komolyan. Mintegy húsz filmet forgatott itt, ezek többsége feledésbe merült, bár az 1955-ös Véres sikátor egy mellékszerepéért (egy kínai nőt alakított) Golden Globe-díjat kapott.
1956-ban a Life magazin címlapján szerepelt, 1961 novemberében a Playboy magazinban. A King Vidor-féle Háború és békében a Henry Fonda által megformált Pierre Bezuhov hűtlen feleségét alakította, ám a Tolsztoj-adaptáció a felvonultatott nagyágyúk dacára hatalmasat bukott. A „jéghegynek” becézett, skandináv külsejű, de olaszos temperamentumú szőkeség élete szerepét 1960-ban Federico Fellinitől kapta meg, aki vele játszatta el Az édes élet Rómába látogató amerikai filmsztárját. Ekberg nevét, de főként testét mindenki abból a híres jelenetből ismeri, amikor fekete atlaszból készült káprázatos ruhájában éjszaka megmártózik a Trevi-kút hűs vizében.
A sikeren felbuzdulva egy évtizedig Itáliában forgatott. Fellini szerepeltette a Boccaccio '70 című alkotásában Sophia Loren mellett, a Vittorio De Sica által rendezett A nő hétszer című vígjátékban Shirley MacLaine oldalán játszott. 1962-ben majdnem ő lett „az első Bond-lány”, a szerepet a Dr. No-ban megformáló Ursula Andress színésznővel a következő évben együtt is játszott a Két pár texasi című amerikai westernben mások mellett Dean Martin, Frank Sinatra és Charles Bronson oldalán. A hetvenes évektől már csak epizódszerepeket vállalt, azt is ritkán, Fellini 1987-es önéletrajzi ihletésű Interjú című filmjében már alaposan megváltozott külsővel, hajdani nagy szerepére emlékezve tűnt fel. Érdekesség, hogy hazájában csak egyszer, 1964-ben állt kamera elé, de mivel összeveszett a rendezővel, kivágták a Szerelem 65 című filmből.
1956-ban hozzáment a filmszínész Anthony Steelhez, akinek karrierje rögvest meg is bicsaklott, mert a sajtó csak Mr. Ekbergnek emlegette, a válókeresetet három év után nyújtották be. Második férje a szintén színész Rik Van Nutter volt 1963 és 1975 között.
Ekberg élete utolsó évtizedeiben Olaszországban élt, és teljesen visszavonult a nyilvánosságtól. Az Empire magazin 1995-ben beválasztotta minden idők száz legszexisebb filmsztárja közé. Nevét még Bob Dylan is megörökítette egyik 1961-ben írott dalában. Mintegy 70 filmben állt a kamera elé, utolsó szerepét 2002-ben a Szépségszalon című olasz tévéfilmsorozatban alakította. 2013-ban a Berlini Nemzetközi Fesztivál, a Berlinale egyik vendége volt. Ekberg egyike annak a néhány svéd színésznőnek (Ingrid Bergman, Lena Olin, Ann-Margret, Rebecca Ferguson és Alicia Vikander mellett), akit Golden Globe-díjra jelöltek.
2014 karácsonyán több betegség miatt is bekerült egy Róma környéki klinikára, ott is halt meg 2015. január 11-én. Gyászszertartását az olasz fővárosban tartották, hamvai végakarata szerint Svédországban nyugszanak. 2021-ben Antongiulio Panizzi filmrendező The Girl in the Fountain (A lány a szökőkútban) címmel készített filmet életéről, Monica Bellucci olasz színésznő főszereplésével.
