Urodziła się jako Phoebe Ann Mosey w hrabstwie Dark w Ohio. W wieku ośmiu lat nauczyła się strzelać i zaczęła zarabiać pieniądze zabawiając gości hotelowych w Cincinnati. Gdy miała 15 lat pokonała w czasie zawodów w tymże mieście snajpera-profesjonalistę Butlera. Za którego później wyszła za niego za mąż. Przyjęła pseudonim sceniczny Annie Oakley i zaczęła zawodowo uczestniczyć w pokazach strzeleckich.
Miała tylko 150 cm wzrostu, w związku z czym sławny wódz Dakotów Siedzący Byk nadał jej przezwisko Watanya Cicilla, co dla potrzeb reklamowych interpretowano jako "Mały Pewny Strzał" (ang. Little Sure Shot). Oakley spotkała Siedzącego Byka u Buffalo Billa - od roku 1885 oboje byli atrakcją jego rewii. Frank Butler został menedżerem własnej żony.
W roku 1901 została ranna podczas katastrofy samochodowej i musiała wycofać się z rewii, ale już w rok później wstąpiła do trupy teatralnej, gdzie odgrywała dziewczyny z Dzikiego Zachodu. W czasie I wojny światowej organizowała pokazy strzeleckie i prowadziła szkolenia dla żołnierzy.