D’origine sénégalaise, Annabelle Lengronne quitte la Martinique à 18 ans et rejoint Paris pour devenir actrice. Après plusieurs rôles au théâtre, elle apparaît pour la première fois à l’écran en 2011 dans la série Xanadu. Elle participe ensuite au drame carcéral Ombline, de Stéphane Cazes, et à la comédie Les Kaïra, de Franck Gastambide, avant d’incarner la championne de boxe Aya Cissoko dans le téléfilm Danbé, la tête haute.
En 2016, elle campe le personnage féminin principal dans La Fine Équipe, de Magaly Richard-Serrano, puis tient, en 2019, l’un des trois rôles-titres de Filles de joie, réalisé par Frédéric Fonteyne et Anne Paulicevich. En 2022, on la retrouve à la télévision, dans Cuisine interne de Louis Farge, et à l’affiche d’Un petit frère de Léonor Serraille, présenté en compétition à Cannes.