Già vincitrice di due medaglie d'oro all'età di 14 anni nei 5 km e nei 10 km ai Giochi sudamericani di Buenos Aires 2006, due anni più tardi Ana Marcela Cunha ha preso parte alle Olimpiadi di Pechino 2008 piazzandosi al quinto posto nella 10 km in acque libere. Ha partecipato ai suoi primi campionati mondiali durante Roma 2009 finendo al 22º posto nella maratona 10 km.
La nuotatrice brasiliana ha vinto il suo primo titolo mondiale conquistando l'oro nei 25 km a Shanghai 2011; reduce da un periodo positivo, che l'ha vista premiata dalla FINA come miglior nuotatrice del 2010 in acque libere,[1] Cunha ha però mancato la qualificazione alle Olimpiadi di Londra 2012. A Kazan' 2015, a distanza di quattro anni, ha vinto il suo secondo titolo mondiale nei 25 km. Nel 2017 conquista l’oro ai mondiali di Budapest e vince la prestigiosa Capri-Napoli[2]. Ai Mondiali di nuoto in acque libere del 2019 conquista l’oro sia nei 5 Km che nei 25 Km[3]. Alle Olimpiadi di Tokyo 2020, il 4 agosto 2021, vince l'oro nella 10 chilometri di fondo femminile, segnando il tempo di 1:59:30", precedendo l’olandese, campionessa olimpica ed europea, Sharon van Rouwendaal, argento col tempo di 1:59:31", e l'australiana Kareena Lee, bronzo col tempo di 1:59:32".[4]
