Nació en la localidad gallega de Ribeira, hija de madre gallega y padre desconocido, siendo adoptada poco después por otra familia.^[6]​ Desde muy pequeña se interesó por el deporte, primero por la gimnasia, para decantarse finalmente por el atletismo.^[7]​

En categoría juvenil se proclamó campeona del Mundial Júnior de 2012, y ganó una medalla de bronce en el Campeonato Europeo Sub-20 de 2013.^[8]​

En 2018 consiguió sus primeros éxitos internacionales en categoría absoluta: medallista de bronce en el Campeonato Mundial en Pista Cubierta con un salto de 14,40 m, y medallista de bronce en el Campeonato Europeo con una marca de 14,44 m.^[4]​ Al año siguiente ganó la medalla de oro en el Campeonato Europeo en Pista Cubierta, con un salto de 14,73 m, nuevo récord de España.^[9]​

En su primera participación olímpica, en Tokio 2020, obtuvo la medalla de bronce al saltar en la final 14,87 m (récord de España), siendo superada por la venezolana Yulimar Rojas y la portuguesa Patrícia Mamona.^[10]​ Esto la llevó a ser nombrada mejor atleta española de 2021 por la RFEA.^[11]​

El año 2022 no compitió debido a que dio a luz una niña. En febrero de 2023 volvió a los entrenamientos^[12]​ y en junio participó en los Juegos Europeos, donde fue séptima.^[13]​

En 2024 ganó la medalla de bronce en el Mundial en Pista Cubierta, con un salto de 14,75 m,^[14]​ y la medalla de oro en el Campeonato Europeo, con un salto de 14,85 m.^[15]​ En los Juegos Olímpicos de París 2024, en cambio, no logró reeditar su éxito de tres años antes, terminando sexta en la final de triple salto.^[16]​ Al acabar la temporada anunció que abandonaba el grupo de Iván Pedroso, con quien había estado entrenando en Guadalajara desde 2016, para volver a Ribeira y entrenar a las órdenes de su marido, el también triplista Benjamin Compaoré.^[17]​^[18]​

En 2025 ganó la medalla de oro en el Campeonato Europeo en Pista Cubierta con un salto de 14,37 m,^[19]​ y la medalla de bronce en el Campeonato Mundial en Pista Cubierta con una marca de 14,29 m.^[20]​ Renunció a participar en el Campeonato de Europa por Equipos, celebrado en Madrid a finales de junio, por "causas personales de fuerza mayor" poco antes del inicio del campeonato. Una semana después anunció que estaba embarazada de su segundo hijo, por lo que ponía fin a su temporada,^[21]​ si bien un mes más tarde anunció haber perdido este hijo.^[22]​

• 7x Campeona de España absoluta al aire libre, en triple salto (2015, 2017, 2018, 2019, 2021, 2023, 2024)
• 9x Campeona de España absoluta en pista cubierta, en triple salto (2014, 2016, 2017, 2018, 2020, 2021, 2022, 2024, 2025)
• Campeona de España sub-23 en pista cubierta, en triple salto (2017)
• Campeona de España sub-20 al aire libre, en triple salto (2013)
• Campeona de España sub-20 en pista cubierta, en triple salto (2013)
• Campeona de España sub-18 al aire libre, en triple salto (2011)
• Campeona de España sub-18 en pista cubierta, en triple salto (2011)
• Campeona de España sub-16 en pista cubierta, en triple salto y salto de longitud (2010)
• Campeona de España universitaria al aire libre, en 100 metros lisos (2014)

• Triple salto
  • Pista cubierta: 14,75 m. (Glasgow, 2024)
  • Aire libre: 14,87 m. (Tokio, 2021)  
• Salto de longitud
  • Pista cubierta: 5,87 m. (La Coruña, 2013)
  • Aire libre: 6,07 m. (Ibiza, 2019)
• 100 metros lisos
  • Aire libre: 11,93 s. (Pontevedra, 2014)
• 60 metros lisos
  • Pista cubierta: 7,56 s. (Madrid, 2014)

• Récord de España con 14,87 el 1-8-2021 en Tokio.
• Récord de España en pista cubierta con 14,73 el 3-3-2019 en Glasgow.
• Mejor marca española sub-23 con 14,23 el 7-8-2017 en Londres.
• Mejor marca española sub-23 en pista cubierta con 14,20 el 3-2-2017 en Belgrado.
• Récord de España sub-20 con 14,17 el 12-7-2012 en Barcelona.
• Récord de España sub-20 en pista cubierta con 13,91 el 23-02-2014 en Sabadell.
• Mejor marca española sub-18 con 14,17 el 12-7-2012 en Barcelona.

• Premio Princesa de Asturias S.A.R. Doña Letizia del año 2013.^[5]​
• Medalla Castelao en 2020.^[23]​
• Mejor atleta española por la RFEA en el año 2021.^[11]​

Peleteiro está casada con el atleta francés Benjamin Compaoré, con quien tiene una hija. Desde su matrimonio compite como Ana Peleteiro-Compaoré.^[2]​

Aparte del atletismo, Peleteiro posee varias empresas y es influencer en redes sociales; según sus declaraciones, estas actividades suponen su principal fuente de ingresos.^[24]​ Además, ha aparecido en algunos programas de televisión; en 2021 participó en la primera edición del concurso de Antena 3 El Desafío, en el que finalizó en cuarta posición.^[25]​ En 2024 apareció como invitada en el concurso de televisión de Antena 3 El 1%.^[26]​

En ese mismo año y en el mismo canal participó en el concurso Mask Singer: adivina quién canta, bajo la máscara de Helados.

• Ficha en el COE (archivado)
• Ficha en la RFEA.