Anne Stine Ingstad er særlig kjent for å ha ledet de arkeologiske utgravningene ved L'Anse aux Meadows på nordkysten av Newfoundland, der hun sammen med sin mann Helge Ingstad fant den eneste kjente norrøne boplass fra vikingtiden på det amerikanske kontinent.
Anne Stine Moe vokste opp på Lillehammer. Allerede som ung pike var hun fascinert av Helge Ingstads bok Pelsjegerliv og av bokens forfatter. Hun begynte å brevveksle med Ingstad, som den gang befant seg på Svalbard, og 1941 giftet de seg.
Anne Stine Ingstad var hjemmeværende i noen år, men 1950 tok hun examen artium, og etter studier ved Universitetet i Oslo tok hun magistergraden i nordisk arkeologi 1960 med avhandlingen Steinalderboplassen Rognlien i Eidanger. Senere fulgte flere artikler med basis i sørøstnorsk steinalder. 1960–61 var hun konservator ved Norsk Skogbruksmuseum, Elverum.
1960 hadde Helge Ingstad oppdaget en mulig boplass på nordspissen av Newfoundland, og 1961–68 ledet Anne Stine Ingstad de arkeologiske utgravningene på L'Anse aux Meadows. 1978 ble hun dr.philos. på avhandlingen The Discovery of a Norse Settlement in America.
Etter at hun var blitt statsstipendiat 1977, tok Anne Stine Ingstad opp et nytt forskningsfelt, bearbeidelsen av tekstilfunnene fra Kaupang og Oseberg-graven. Hun fullførte to store manuskripter om henholdsvis Kaupangtekstilene og bruksstoffene fra Oseberg. Sammen med Bjørn Myhre og Arne Emil Christensen skrev hun boken Osebergdronningens grav, den første samlede populærboken om dette viktige funnet.
Det er likevel ledelsen av utgravningene og publikasjonene om boplassen L'Anse aux Meadows som representerer Anne Stine Ingstads mest banebrytende innsats, og som skaffet henne internasjonalt ry. Ekteparet Ingstad foretok i alt 7 arkeologiske ekspedisjoner dit, med internasjonal vitenskapelig deltakelse fra Sverige, Island, Canada, USA og Norge. Formålet var å utprøve Helge Ingstads radikale teori om at Leiv Eirikssons Vinland måtte søkes et sted ved Newfoundlands kyster.
Anne Stine Ingstad gjennomførte utgravningene på en mønstergyldig måte, og hennes grundighet kombinert med god observasjonsevne var det som skaffet de endelige og entydige bevis for at dette var en norrøn boplass fra omkring år 1000. Til å begynne med var det nemlig få som trodde at det virkelig var norrøne bosetninger her. Det ble hevdet at det like godt kunne dreie seg om tufter etter noen av de indianerstammene som en visste hadde holdt til i området i eldre tid. Arbeidet på Newfoundland var strevsomt, og Anne Stine Ingstad hadde mange tunge stunder før fagmiljøene rundt omkring i verden ble overbevist om at den første og hittil eneste norrøne boplass i Nord-Amerika virkelig var funnet. Den arkeologiske dokumentasjonen – som bekrefter sagaopplysningene – har skaffet henne en varig plass som forsker og i publikums bevissthet.
For sin innsats mottok Anne Stine Ingstad en rekke utmerkelser og æresbevisninger, bl.a. Franklin L. Burr Award fra National Geographic Society (1965), Wahlberg-medaljen fra Svenska Sällskapet för Anthropologi och Geografi (1967 ) og The Patron Medal fra Royal Geographical Society i London (1991). Hun var medlem av Det Norske Videnskaps-Akademi fra 1990 og ble æresdoktor ved Memorial University, St. Johns, Newfoundland 1979 og ved Universitetet i Bergen 1992. 1979 ble hun utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden og 1991 til kommandør.