Анастасия Михайловна родилась 16 июля 1860 года в Петербурге в семье младшего сына императора Николая I, великого князя Михаила Николаевича. Старший брат отца Анастасии, великий князь Константин Николаевич, сразу после ее рождения записал в своем дневнике: «Видел Настю - редкой красоты ребенок». Почти двадцать лет семья прожила на Кавказе, где отец Анастасии служил наместником, лишь изредка наезжая в российскую столицу. Во время визитов в Петербург все чувствовали себя неуютно, своим домом считая Грузию. В Петербург возвратились, когда Анастасии было восемнадцать лет. Там у ее отца был дворец, а неподалеку от столицы - большой летний дом на берегу Финского залива. Но жизнь великой княжны в России была недолгой. Уже в мае 1878 года она была помолвлена с наследным принцем Мекленбург-Шверин, сыном великого герцога Фридриха Франца II, и должна была вскоре покинуть родину. Темноволосая хрупкая девушка понравилась сыну великого герцога Мекленбург- Шверинского, о чем он сказал своей сестре, великой княгине Марии Павловне, а по возвращении на родину и отцу. Не прошло и трех лет, как великий герцог лично приехал в Петербург просить руки Анастасии для своего сына. Император Александр II одобрительно отнесся к возможному союзу своей племянницы с наследным принцем Мекленбург-Шверина.