Annie Ilonzeh begann ihre Karriere als Statistin in einer Folge von How I Met Your Mother. Sie liebt es, in ihrer Freizeit zu surfen, obwohl sie erst mit 30 Schwimmen lernte.
Die Texanerin Annie Ilonzeh wuchs in einer großen Familie mit nigerianischen und amerikanischen Wurzeln auf. Nach der High School besuchte sie die University of Texas at Arlington, wo sie eine Karriere im Sport in Betracht zog. Schließlich entschied sie sich jedoch für eine Schauspielkarriere und zog nach Los Angeles. Dort erhielt sie erste kleine Rollen und begann, sich in der Unterhaltungsbranche einen Namen zu machen.
Annie Ilonzeh wurde durch ihre Rolle in der Soap General Hospital einem größeren Publikum bekannt. Sie spielte Maya Ward, eine selbstbewusste und talentierte Ärztin. Maya Ward ist eine junge Ärztin und ein Mitglied der wohlhabenden und einflussreichen Quartermaine-Familie. Ihre Ankunft in Port Charles bringt frischen Wind in die Familie, da sie oft als bodenständig und moralisch integer dargestellt wird. Maya versucht, die hohen Erwartungen ihrer Familie zu erfüllen, kämpft jedoch gleichzeitig mit ihrem Wunsch, sich unabhängig zu beweisen. Ihre Beziehungen innerhalb der Familie und zu anderen Charakteren sind geprägt von Konflikten, aber auch von tiefem Mitgefühl und Loyalität.
In der Serie Charlie's Angels, aus dem Jahre 2011, übernahm sie die Rolle von Kate Prince, einer der drei titelgebenden Detektivinnen. Kate ist eine ehemalige Polizistin mit einer scharfen Auffassungsgabe und einem starken Sinn für Gerechtigkeit.
In der US-Serie Empire (2015–2020) spielte sie eine wiederkehrende Rolle als Harper Scott, eine ehrgeizige und kluge Journalistin. Harper war bekannt für ihre Fähigkeit, Geheimnisse zu lüften und mächtige Personen in Bedrängnis zu bringen.
Im Film „All Eyez on Me“ (2017) spielte Annie Ilonzeh Kidada Jones, die Freundin des legendären Rappers Tupac Shakur. Ihr Charakter zeigte eine tiefe emotionale Bindung zu Tupac und gab Einblick in die letzten Tage seines Lebens. Die Rolle erforderte eine feine Balance zwischen Stärke und Verletzlichkeit, die Ilonzeh überzeugend darstellte.
Zwei Jahr später folgte der Kinofilm „Peppermint“. Hier verkörperte sie FBI-Agentin Lisa Inman, eine loyale und entschlossene Ermittlerin. Lisa unterstützt die Hauptfigur Riley North bei ihrer Mission, den Tod ihrer Familie zu rächen.
In „Til Death Do Us Part“ (2017) spielte sie Madison Roland, eine Frau, die vor einer missbräuchlichen Ehe flieht. Ihre Figur durchläuft eine emotionale Reise von Angst zu Mut und Stärke.
Im Jahre 2024 ist sie in einer wiederkehrenden Rolle der Devin Gamble in der Serie S.W.A.T. zu sehen.
Annie Ilonzeh hält ihr Privatleben weitgehend aus der Öffentlichkeit heraus. Sie ist bekannt für ihr Engagement in sozialen und wohltätigen Projekten. Sie spricht oft über die Bedeutung von Diversität und Empowerment in der Film- und Fernsehbranche.
In Interviews betont sie, wie wichtig ihr ihre Familie und Wurzeln sind. Ihre nigerianischen und amerikanischen Kulturen beeinflussen sowohl ihr Leben als auch ihre Karriere stark.