Annelise Hesme est la soeur de Clotilde Hesme et d'Élodie Hesme. Après une formation en art dramatique à l'Atelier Théâtre Frédéric Jacquot elle est apparue sur le petit-écran français comme présentatrice des programmes sur Canal Satellite, puis a co-présenté l'émission le DAWA sur Game One en 2001-2002.
Elle a joué dans plusieurs films comme
Tanguy en 2001, Le Plus Beau Jour de ma vie en 2004 et Fauteuils d'orchestre en 2006, mais le film à plus gros budget auquel elle ait participé fut Alexandre même si ce ne fut que dans le rôle secondaire de Stateira. Elle a participé à la nouvelle version de Molière, tenant le rôle d'une des actrices de la troupe.
Par ailleurs, elle est particulièrement connue au Royaume-Uni et en Irlande grâce à son apparition dans une publicité pour la Renault Clio en 2005, au côté de Jeremy Sheffield. Un second spot a même été réalisé pour les écrans britanniques au début de l'année 2007.
Annelise Hesme sait jouer du violon ainsi que du piano. Elle parle couramment anglais.