Com apenas 16 anos, classificou-se para os Jogos Olímpicos de Pequim, em 2008, e ficou em 5º na prova de 10 km de maratona aquática. Apesar de não conquistar medalhas, sua participação trouxe destaque por ser a atleta mais jovem da delegação brasileira mostrando potencial para evoluir na modalidade.
Após Pequim, Ana Marcela continuou a competir em circuitos internacionais, enfrentando adversidades típicas de uma transição de categorias juvenis para o alto rendimento. Durante esse período, começou a consolidar sua reputação como uma atleta consistente e dedicada, características que a acompanhariam por toda a carreira.
Fase Adulta
Ao longo da fase adulta, Ana Marcela Cunha se tornou uma referência na natação em águas abertas. A partir de 2010, colecionou conquistas significativas, incluindo títulos mundiais e o reconhecimento como uma das melhores do mundo. Seu desempenho era marcado pela regularidade em provas de 10 km, consolidando sua posição na elite do esporte.
Uma das grandes dificuldades de sua carreira foi durante a classificação para os Jogos Olímpicos de Londres, em 2012, onde não conseguiu se classificar , devido ao tempo, ficando em 11º lugar.
Porém, sempre determinada, apenas dois dias depois conquistou o ouro no Campeonato Mundial, vencendo os 25 km com tempo recorde, 05:29.22, se consagrando como a primeira nadadora brasileira a conseguir o feito.
Com novos treinamentos e metas, voltou mais forte e venceu o Circuito Mundial de Maratonas Aquáticas em 2014.
Em 2016, pouco antes dos Jogos Olímpicos, novos desafios bateram a porta da atleta, descobrindo uma doença autoimune que causa a destruição de plaquetas, conhecida por PTI. Com isso, iniciou seu tratamento e passou por cirurgia para remoção do baço.
Devido a isso, sua performance durante os jogos foi baixa. Mas no ano seguinte, durante o Mundial de natação de 2017 conquistou 3 medalhas (um ouro, e dois bronzes) sendo eleita, pela quarta vez, a melhor do mundo.
A consagração de Ana Marcela Cunha ocorreu nos Jogos Olímpicos de Tóquio, em 2020, quando conquistou a medalha de ouro na prova de 10 km em águas abertas, um dos eventos mais exigentes do programa olímpico.