À la suite d'un périple d'un an au Honduras, Anaïs Barbeau-Lavalette réalise le documentaire Les Petits princes des bidonvilles (2000) (Prix du Public Festival Muestra cultural de Montréal). Elle étudie par la suite en Études Internationales à l’Université de Montréal, à l’INIS (Institut National de l’Image et du Son) et à l’Université Birzeit, à Ramallah (Palestine).
En 2001 elle co-réalise Buenos Aires, no llores, documentaire tourné en Argentine et sélectionné dans de nombreux festivals internationaux (meilleur court métrage documentaire au Festival de Cherbourg; en compétition au FIPA de Biarritz). Puis, sélectionnée parmi plusieurs centaines de candidats, elle participera à l'Odyssée du volontariat, périple de plusieurs mois qui la conduira aux quatre coins du monde et où elle réalisera une quinzaine de court-métrages documentaires sur le thème du Volontariat.
À son retour elle réalise plusieurs long-métrages documentaires, notamment Si j'avais un chapeau (mention spéciale du jury aux Journées du cinéma africain et créole des Vues d'Afrique, nominations “Meilleur documentaire société” et “Meilleure recherche” aux Prix Gémeaux 2006), qui donne la parole à des enfants au Québec, en Inde, en Tanzanie et en Palestine, ainsi que Les Mains du monde, abordant le thème de l’engagement.
En 2007 elle tourne le documentaire Tap-Tap, portrait poétique de la communauté haïtienne de Montréal ainsi que Le Ring, un premier long-métrage de fiction très bien reçu par la critique, qui sera notamment sélectionné aux prestigieux festivals de Pusan, de Berlin, de Camérimages en 2008 et primé aux Festivals de Madrid, d'Aubagne, de Vladivostok, de Taipei et de Kiev.
Elle participe depuis cinq ans à l’aventure cinématographique du Wapikoni Mobile et réalise des vidéoclips (notamment ceux de Catherine Major, de Thomas Hellman et des rappeurs Samian et Dramatik).
En 2009, elle travaille à la scénarisation de nouveaux films de fiction et réalise le documentaire Les Petits Géants (co-réalisé avec Émile Proulx-Cloutier), présenté en Clôture des Rendez-vous du Cinéma Québécois 2009, ainsi que Se souvenir des cendres, documentaire suivant l'aventure créative du film Incendies de Denis Villeneuve.
Elle travaille actuellement à la réalisation d'une série documentaire pour ARTV (Les Voix Humaines), et réalisera prochainement son prochain long-métrage de fiction, intitulé Inch'allah (produit par Micro_Scope). Elle publie à l'automne 2010 son premier roman, Je voudrais qu'on m'efface (Éditions HMH Hurtubise).