In carriera si è aggiudicata quattro titoli WTA e tredici titoli ITF in singolare, mentre in doppio quattro titoli ITF. È la prima lettone di sempre a entrare tra le prime venti del ranking, precisamente piazzandosi alla 18ª posizione il 15 maggio 2017. Successivamente raggiunge il suo best ranking il 15 ottobre 2018, spingendosi fino alla posizione numero 11, eguagliando tale posizione in molte occasioni; nel doppio ha raggiunto il 56º posto il 17 dicembre 2018.
Negli Slam in singolare vanta una semifinale raggiunta agli US Open 2018. Inoltre si è spinta fino agli ottavi di finale altre tre volte: due agli Australian Open (2011 e 2019) e una all'Open di Francia (2019). In doppio ha disputato un quarto di finale agli US Open 2018.
Ha annunciato il suo ritiro dal tennis professionistico nell'aprile 2026, dopo aver fatto la sua ultima apparizione agli Australian Open 2026.
Carriera 2007-2013: primo titolo WTA e primo ritiro
Anastasija Sevastova ha fatto l'esordio in un torneo WTA nel 2007 a Istanbul. Nel 2009 si è qualificata per gli Open di Francia, ma ha perso contro Melinda Czink per 6-3, 4-6, 1-6 nel primo turno. Nel mese di agosto si è qualificata nel tabellone principale degli US Open 2009 e ha vinto il suo primo match della carriera del Grande Slam battendo Tamarine Tanasugarn per 6-3, 7-5.
Nel marzo del 2010 Sevastova ha ottenuto la vittoria più grande della sua carriera sconfiggendo Jelena Janković nel primo turno del Monterrey Open. Ha raggiunto le semifinali, cadendo contro Anastasija Pavljučenkova in tre set.
La Sevastova ha disputato e vinto la sua prima finale WTA all'Estoril Open 2010 sconfiggendo atlete come Ágnes Szávay, Kimiko Date Krumm, Anastasija Rodionova e Peng Shuai. In finale ha battuto Arantxa Parra Santonja in due set 6-2, 7-5.
Agli Australian Open 2011 la Sevastova è stata eliminata al quarto turno dalla numero 1 del mondo Caroline Wozniacki in due set per 3-6, 4-6.
Il 12 maggio 2013, attraverso il sito della WTA, ha annunciato il suo ritiro dal tennis a causa dei suoi infortuni continui.
2015: Il rientro e la scalata nel ranking Alla fine di gennaio del 2015 la tennista lettone è tornata a sorpresa alle competizioni, accettando una wild card per l'ITF egiziano di Sharm el-Sheikh da 10000 dollari. Nonostante i quasi due anni di assenza dal circuito la Sevastova si è aggiudicata subito il torneo di singolare, senza perdere un set, e anche il doppio in coppia con l'austriaca Melanie Klaffner. Dopo poco tempo ha preso parte al torneo ITF di Trnava e ha vinto il titolo battendo in finale Réka Luca Jani per 6-1 7-6. Poco dopo si impone anche nell'ITF di Ahmedabad (sconfiggendo in finale Ankita Raina) e in quello di Wiesbaden (eliminando nell'ultimo atto Martincová in due set). Dopodiché giunge in finale anche a La Marsa, dove perde contro Oprandi. Con la finale raggiunta a Bursa, in Turchia, la lettone arriva alla posizione numero 201 del ranking, risultato che le permette di disputare le qualificazioni del WTA International di Bad Gastein. Anastasjia batte Xenia Knoll 6-2 6-2 e Risa Ozaki in due set, qualificandosi per il main-draw del torneo austriaco, dove tuttavia perde 6-1 al terzo contro Sam Stosur. Era dal febbraio del 2013 che Sevastova non raggiungeva il tabellone principale di un evento WTA. Poco dopo si presenta a Florianópolis, dove elimina Louisa Chirico (6-1 6-4), Verónica Cepede Royg (7-6(4) 4-6 6-4) e María Teresa Torró Flor (7-6(4) 6-4), prima di arrendersi in semifinale a Teliana Pereira in due set. A Praga è costretta al ritiro al primo turno contro Petra Cetkovská. Agli US Open esce al primo turno di qualificazioni contro la greca Maria Sakkarī. Raggiunge i quarti negli ITF francesi di Biarritz e Saint-Malo, mentre a Linz non si qualifica per il main draw. A Mosca, invece, passa le qualificazioni e nel tabellone principale coglie i quarti di finale, perdendo contro Svetlana Kuznecova. Chiude l'annata all'ITF di Nantes, uscendo di scena al secondo turno. A livello di ranking termina l'anno al numero 110 del mondo.
2016: primo quarto di finale slam e Top 30
La lettone inizia la stagione non passando le qualificazioni a Sydney. Agli Australian Open, invece, si qualifica al torneo principale eliminando Destanee Aiava, Vera Duševina e Julia Boserup, tornando a disputare il primo turno di un Major dallo US Open 2011. Al primo turno approfitta del ritiro di Jarmila Wolfe, mentre al secondo perde contro Ana Ivanović per 6-3 6-3. A Kaohsiung la Sevastova sconfigge all'esordio Kristína Kučová in tre combattuti set, mentre al secondo turno piega per 7-5 2-6 7-5 Donna Vekić. Ai quarti viene tuttavia estromessa da Venus Williams, prima testa di serie, con lo score di 7-5 6-2. A Dubai perde subito, mentre a Doha passa le qualificazioni ma viene immediatamente battuta da Eugenie Bouchard per 5-7 6-3 7-6(4).
Non accede al tabellone principale né di Indian Wells né di Miami, mentre all'ITF di Osprey raggiunge i quarti. A Charleston esce subito di scena per mano di Jana Čepelová per 4-6 6-4 6-1.
A Istanbul batte Krunić (doppio 6-0) e Johanna Larsson (6-4 6-3) prima di essere eliminata da Kateryna Kozlova in due set. A Rabat la Krunić vendica la sconfitta patita in Turchia, vincendo al primo turno per 6-3 6-2. Nell'ITF di Trnava riesce ad arrivare fino alla finale, quando viene estromessa da Kateřina Siniaková. Al Roland Garros la sua avventura termina al secondo turno, quando Karin Knapp la batte 6-3 6-4.
Nella stagione sull'erba ottiene una sconfitta all'esordio a Nottingham per mano di Karolína Plíšková in tre set. La settimana successiva disputa il torneo di Maiorca, dove raggiunge sorprendentemente la finale battendo in sequenza Stefanie Vögele (6-0 6-2), Eugenie Bouchard, Mariana Duque Mariño (6-4 3-6 6-3) e Jelena Janković (4-6 6-1 6-2) prima di venire eliminata in finale da Caroline Garcia per 6-3 6-4. Sevastova si presenta poi all'appuntamento più importante sull'erba, il torneo di Wimbledon. La sua avventura si interrompe immediatamente, sconfitta in due set da Francesca Schiavone.
A Bucarest batte Elena-Gabriela Ruse (6-3 6-4), Patricia Maria Tig (duplice 6-2), Sara Errani (seconda testa di serie) e Laura Siegemund (6-3 6-2), approdando alla seconda finale dell'anno e la terza in carriera. Nell'ultimo atto viene annichilita da Simona Halep, che si impone con un doppio 6-0. Partecipa agli US Open dove al primo turno elimina Anna Karolína Schmiedlová con un perentorio 6-3. Al secondo turno vince, a sorpresa, contro Garbiñe Muguruza, numero 3 del mondo, per 7-5 6-4, mentre al terzo turno si impone in due set su Kateryna Bondarenko. Al quarto turno estromette Johanna Konta (13º testa di serie) per 6-4 7-5, raggiungendo per la prima volta in carriera i quarti di finale in uno slam. Ai quarti di finale viene demolita da Caroline Wozniacki, che concede alla lettone la miseria di due game, anche se Anastasija ha subito un infortunio alla caviglia all'inizio del match contro la danese. Grazie a questo risultato, Sevastova si riporta in top-40 e si spinge fino alla 35ª posizione, ritoccando il suo best-ranking.
A Tokyo supera al primo turno Kateryna Bondarenko in tre set prima di cedere al secondo alla Muguruza, che si prende la rivincita sulla lettone con un doppio 6-3. A Wuhan è costretta al ritiro contro Julija Putinceva. Nonostante questo entra per la prima volta in carriera nella top-30, occupando la trentesima posizione. Gioca anche a Pechino, dove viene spazzata via da Johanna Konta (6-1 6-1). Dopo un primo turno a Linz chiude la stagione a Mosca, dove perde subito per mano della qualificata Anna Blinkova con lo score di 4-6 6-1 7-6(10).
La lettone termina dunque l'anno alla posizione numero 31, facendo rilevare un notevole miglioramento rispetto all'anno passato.
2017: secondo titolo WTA e Top 15
Anastasija apre il proprio anno nel WTA di Shenzhen dove, da sesta testa di serie, viene subito eliminata in tre set da Kristýna Plíšková. Anche a Hobart, da testa di serie numero due, esce al primo turno per mano di Shelby Rogers. Agli Australian Open, approfitta al primo turno del ritiro di Nao Hibino, al secondo batte Kristína Kučová ma si arrende poi in due set a Garbiñe Muguruza. Torna in campo a Taipei, dove viene eliminata da Lucie Šafářová, in due set, al secondo turno. Esce all'esordio a Doha, sconfitta da Samantha Stosur. La settimana seguente a Dubai batte Begu, Riske, Peng e Wang raggiungendo così la prima semifinale stagionale, dove viene però sconfitta da Caroline Wozniacki. Sul cemento americano viene sconfitta all'esordio sia a Indian Wells che a Miami.
Inizia la stagione su terra a Charleston, raggiungendo i quarti di finale, nei quali viene sconfitta da Laura Siegemund. Raggiunge poi i quarti anche a Stoccarda, battendo al primo turno Stosur e al secondo Konta prima di arrendersi a Simona Halep. Torna in campo a Madrid, dove raggiunge per la prima volta le semifinali, battendo tra le altre Karolína Plíšková al secondo turno. Questo risultato le permette di migliorare il suo best ranking, issandosi fino alla diciottesima posizione mondiale. A Roma batte Begu al primo turno, ma viene poi estromessa da Anastasija Pavljučenkova. Al Roland Garros batte agilmente al primo turno Annika Beck e al secondo Eugenie Bouchard, prima di cedere con un doppio 6-1 a Petra Martić.
Torna in campo a Nottingham perdendo al primo turno in tre set contro Christina McHale. La settimana seguente all'international di Maiorca conquista il secondo titolo in carriera. Batte in tre set al primo turno Elise Mertens, al secondo Varvara Lepchenko e nei quarti Ana Konjuh. In semifinale affronta la detentrice del torneo Caroline Garcia battendola in due set e raggiungendo la finale per il secondo anno consecutivo; questa volta riesce a conquistare il titolo battendo Julia Görges con il punteggio di 6-4, 3-6, 6-3. Grazie ai punti ottenuti entra per la prima volta tra le Top 20, prima lettone di sempre a riuscirsi. Prende parte a Wimbledon dove, dopo avere superato Julija Putinceva per 6-1 7-6, viene sconfitta a sorpresa da Heather Watson, che si impone per 0-6 4-6. In seguito raggiunge i quarti di finale a Bucarest e in Svezia, perdendo rispettivamente contro Ana Bogdan per 1-6 3-6 e Kateřina Siniaková per 3-6 7-5 5-7. A Montreal si impone su Lauren Davis in tre set, prima di cedere contro la giovane promessa del tennis Naomi Ōsaka (3-6 4-6). Nel torneo di Cincinnati supera Peng Shuai e Roberta Vinci, per poi venire sconfitta dalla numero due del mondo, Simona Halep, per 4-6 3-6. Agli US Open raggiunge per la prima volta un quarto di finale Slam battendo in ordine Carina Witthöft per 7-5 6-1, Kateryna Kozlova per 6-4 6-4, Donna Vekić per 6-2 6-3 e Marija Šarapova per 5-7 6-4 6-2. Nei quarti viene sconfitta dalla futura campionessa, Sloane Stephens, per 3-6 6-3 6-7. Inizia la stagione asiatica vengono sconfitta al primo turno a Wuhan, Pechino e Mosca da Ekaterina Makarova, Marija Šarapova e Irina-Camelia Begu. Nonostante questi risultati raggiunge la quindicesima posizione, suo best ranking. A Zhuhai, nel torneo per le tenniste con il ranking tra il nono e il ventesimo, raggiunge la semifinale imponendosi su Sloane Stephens per 7-5 6-3 e su Barbora Strýcová per 6-3 6-4; viene sconfitta da Julia Görges con un doppio 3-6.
Termina l'anno come 16ª tennista del ranking.
2018, l'anno migliore: semifinale agli US Open, terzo titolo WTA e permanenza nella Top 15