Née à Montréal, Anne-Marie Cadieux passe toute sa jeunesse à Ottawa, ville où elle obtient son bac en théâtre. Son père fonctionnaire possède un cinéma de répertoire où elle plonge dans l’univers des Godard, Truffault et autres maîtres du septième art. C’est d’abord sur les planches qu’elle s’illustre, notamment sous la direction d’André Brassard et Robert Lepage, avec qui elle parcourt le monde pendant 7 ans. Ce dernier l’amène ensuite au grand écran dans ses films Le Confessionnal, Nô et La face cachée de la lune. À la télévision, l’interprète sera entre autres des séries Miss Météo, Annie et ses hommes, Rumeurs et Yamaska. Soeur de l’artiste visuelle Geneviève Cadieux, Anne-Marie Cadieux n’a toutefois aucun lien de parenté direct avec la comédienne Sophie Cadieux. Il faut remonter 7 générations avant que leurs lignées se rejoignent.