Fu uccisa insieme al padre, alla madre, alle sue tre sorelle e al fratello il 17 luglio 1918 per ordine dei bolscevichi, i quali ne occultarono anche i corpi.

Nonostante voci circa una sua presunta sopravvivenza, alimentate anche dalla circostanza che fosse ignota la localizzazione dei resti della famiglia imperiale, dopo la dissoluzione dell'Unione Sovietica nel 1991 i primi scavi permisero di ritrovare alcuni corpi, eccetto quelli di Alessio e di una delle ragazze – la stessa Anastasia o sua sorella maggiore Maria; successivamente, nel gennaio 2008, alcuni scienziati russi annunciarono che i resti di un ragazzo e di una giovane donna, trovati l'anno prima presso Ekaterinburg erano molto probabilmente quelli dello zarevič e di una delle sue sorelle: ciò fu confermato dalle analisi il 30 aprile successivo.

Nel 2000, per il contegno e la sopportazione, unitamente al perdono concesso negli ultimi scritti a persecutori e carcerieri, Anastasija e la sua famiglia sono stati canonizzati dalla Chiesa ortodossa.