Anthony Mann commence sa carrière, adolescent, comme acteur puis régisseur de théâtre. En 1934 il fonde la Stock Company, troupe dans laquelle jouera notamment
James Stewart.
En 1938 il est recruté par la Selznick International Pictures pour superviser les essais d'acteurs sur des films comme
Autant en emporte le vent ou
Rebecca. Il devient ensuite assistant de
Preston Sturges à la Paramount, puis réalise son premier film, Dr. Broadway. Il va ensuite enchaîner des séries B, comédies et films noirs pour la RKO et Universal.
En 1947, il tourne
Desperate premier de ses films dont il aura écrit le scénario.
En 1950 il réalise son premier western.
Il entérine les règles du genre aux côtés des John Ford,
Howard Hawks,
Henry Hathaway, en dotant néanmoins ses héros de personnalités plus équivoques. Comme ces derniers, il tire le meilleur parti du cinémascope en filmant les grands espaces.
Il inscrit ses westerns dans une vision classique, voire « sensationnaliste » du genre. Avant tout : action, et romance en toile de fond. Il ne cherche pas à développer ou restaurer une version repentante des rapports entre colons et Indiens, il aborde néanmoins la question avec La Porte du diable (Devil's Doorway), en 1950, année où il réalise Winchester 73, son premier western avec
James Stewart... Mais l'importance de ses films s'appuie sur le fait que ses héros sont très souvent des personnages dont le passé trouble affleure (
James Stewart dans
Les Affameurs,
Gary Cooper dans L'Homme de l'Ouest), beaucoup plus ambigus que les archétypes universels de John Ford. Ce sont des personnages complexes, en quête de rachat et de reconnaissance d'eux-mêmes. Ses films portent aussi sur les pionniers en tant que tels et leur ambiguïté, livrés à eux-mêmes face à la nature. La sauvagerie lancinante des personnages marque pour l'essentiel le western d'Anthony Mann, aspect que
Sam Peckinpah développera encore davantage. Elle est d'ailleurs admirablement incarnée par
James Stewart qui tournera sous la direction de Mann dans huit films, dont six westerns.
Il fut engagé en 1959 comme réalisateur de la superproduction
Spartacus avec une pléiade de stars de Hollywood. Contrairement à ce que l'on peut souvent entendre, il ne fut pas fâché avec l'acteur et producteur
Kirk Douglas, mais fut "remercié" (au profit de
Stanley Kubrick) par la société de production. Douglas étant conscient que Mann ne maîtrisait pas complètement son sujet et sa mise en scène, il lui annonça au soir du 13 février 1959 qu'il ne faisait pas l'affaire. Anthony Mann, selon les dires de Kirk Douglas, prit "philosophiquement" la chose. Une version qui apparaît plus que probable puisque les deux hommes se retrouvent, cette fois sans encombres, pour le film Les Héros de Télémark, aventure historique tirée d'une histoire vraie pendant la Seconde Guerre mondiale. Ce fut par ailleurs le dernier film que Anthony Mann dirigea jusqu'au bout.
L'oeuvre cinématographique d'Anthony Mann s'achève sur un échec. La Chute de l'empire romain, production ambitieuse, dépassera le réalisateur par le casting et les moyens qui lui sont mis à disposition. Il meurt subitement pendant la production de Maldonne pour un espion qui sera terminée par l'acteur principal,
Laurence Harvey.