Urodziła się 8 sierpnia 1985 roku w Rawiczu. We wczesnej młodości trenowała speedrower. W tej mało popularnej dyscyplinie zdobyła mistrzostwo Europy juniorów w drużynie w wieku trzynastu lat, jednak szybko porzuciła tę dyscyplinę na rzecz lekkoatletyki. Początkowo chwytała się wszystkiego, od rzutu młotem, przez rzut dyskiem, na pchnięciu kulą kończąc, jednak z czasem doszła do wniosku wraz z trenerami, że najlepszym wyborem będzie młot. Jeszcze w 2006 roku sięgnęła po dwa medale rozegranych w Toruniu młodzieżowych mistrzostw Polski – srebro w rzucie młotem oraz brąz w rzucie dyskiem. Rok później ponownie zdobyła dwa medale młodzieżowych mistrzostw kraju, tym razem złoto w rzucie młotem i srebro w rzucie dyskiem, zajęła także czwartą lokatę podczas mistrzostw Polski seniorów.

Podczas Zimowego Pucharu Europy w Rzutach, rozgrywanego w Splicie (2008), zwyciężyła w rzucie młotem z wynikiem 71,84 ustanawiając rekord życiowy. Wynik ten był drugim w historii tej konkurencji w naszym kraju. Tym samym stała się naturalną następczynią Kamili Skolimowskiej, która zresztą bardzo pomagała młodszej o trzy lata Anicie. Początek sezonu 2008 to jeszcze lepsze rezultaty Włodarczyk, która na przestrzeni maja i czerwca poprawiała swój najlepszy wynik najpierw na 72,18, potem 72,65, kończąc na 72,80. Podczas mistrzostw Polski doszło do jej wielkiego pojedynku z wciąż jeszcze aktualną mistrzynią olimpijską, Kamilą Skolimowską. Rywalizacja była tak zacięta, że obie zawodniczki zakończyły konkurs z tym samym wynikiem – 71,71, ale o wygranej bardziej doświadczonej rywalki zadecydował lepszy drugi wynik.

Włodarczyk znakomicie zainaugurowała rok 2009, ponownie triumfując w Zimowym Pucharze Europy w Rzutach z wynikiem 75,05, który był jej nowym rekordem życiowym. Wynik ten poprawiła 23 maja na mityngu w Halle (75,39 m). Kolejny wartościowy rezultat uzyskała tydzień później podczas zawodów I ligi lekkoatletycznej w Białej Podlaskiej – 76,20. Poprawiła tą odległość wygrywając mityng Zlata Tretra w Ostrawie – 76,59 m. 8 sierpnia 2009 roku podczas mityngu w Chociebużu uzyskała rezultat 77,20, bijąc tym samym rekord kraju należący do Kamili Skolimowskiej. Wynik Włodarczyk był wówczas czwartym w historii kobiecego rzutu młotem.

22 sierpnia 2009 roku w drugiej próbie finałowego konkursu Mistrzostw Świata w Berlinie ustanowiła fenomenalny rekord świata z wynikiem 77,96. Eksplozję radości po tym rezultacie okupiła kontuzją lewej kostki – biegnąc w stronę trybun, skąd zawody obserwował menedżer zawodniczki i polscy kibice. Mistrzostw i rekord świata zaprowadziły ją na drugie miejsce plebiscytu Przeglądu Sportowego. 2 września 2009 została odznaczona przez prezydenta Lecha Kaczyńskiego Krzyżem Kawalerskim Orderu Odrodzenia Polski.

6 czerwca 2010 podczas Europejskiego Festiwalu Lekkoatletycznego Enea Cup w Bydgoszczy poprawiła własny rekord świata, rzucając młotem na odległość 78,30. Z powodu kontuzji kręgosłupa musiała opuścić część sezonu, lecz powróciła i w Barcelonie z wynikiem 73,56 zdobyła brązowy medal mistrzostw Europy.