Annaëlle Deshayes commence le rugby au Rugby club yvetotais en Seine-Maritime. Son père, Didier, ancien rugbyman et responsable du club, suit avec attention le parcours de sa fille[3].
Elle honore sa première cape internationale en équipe de France le contre l'Angleterre lors de la tournée d'automne 2016. En 2017, elle est retenue dans le groupe pour disputer la coupe du monde 2017 en Irlande[4],[5],[6]. Elle est élue dans le quinze type du tournoi à l'issue de la compétition[7], pendant laquelle elle marque deux essais.
Le , elle est élue au comité directeur de la Ligue régionale Normandie de rugby au sein de liste menée par Dominique Barthélémy, unique candidat et président sortant du comité Normandie de rugby[8]. Après son transfert à Lyon, elle ne sollicite pas de nouveau mandat en 2020.
En , elle fait partie des 24 premières joueuses françaises de rugby à XV qui signent un contrat fédéral à mi-temps[9]. Son contrat est prolongé pour la saison 2019-2020[10].
Elle est marraine de l’association « Les Mille et un Sourires de Valentine » et participe à des événements rugbystiques au profit de cette association[11].
En 2021, elle est sélectionnée par Annick Hayraud pour faire partie de l'équipe de France[12],[13],[14].
Avec son équipe du Stade bordelais elle remporte le championnat de France Élite 1 2022-2023 : elle participe notamment à la finale victorieuse des Lionnes contre le Blagnac rugby féminin[17], qui conclue une saison de douze victoires en treize matchs[18]. En 2024 elle conserve le titre national avec le Stade bordelais : elle a participé à onze des treize rencontres du championnat, dont les trois matchs de la phase finale[19],[20].
Blessée, elle n'est pas convoquée en équipe de France pour le WXV 2024[21].
