Die griechische Mezzosopranistin Anna Agathonos studierte an der Universität für Musik und darstellende Kunst in Wien und war im Anschluss daran zwei Jahre lang Mitglied des Internationalen Opernstudios von Marseille (CNIPAL). Erste Engagements führten sie an die Opern von Marseille, Avignon und Rouen sowie an die Musikfestivals von Aix-en-Provence (Titelrolle in La Cenerentola, 2000) und Pesaro (Melibea in Il Viaggio a Reims, 2002).
Von 2001 bis 2010 war sie festes Ensemblemitglied am Musiktheater im Revier Gelsenkirchen. Nach Anfängen als lyrischer Mezzosopran und der Übernahme von Hauptpartien in zahlreichen deutschen Erstaufführungen von Belcanto-Raritäten (u.a. Bellini Zaira, Donizetti L'assedio di Calais, Meyerbeer Il Crociato in Egitto) vollzog sie ab 2006 allmählich den Fachwechsel zum dramatischen Mezzosopran und sang Partien wie Azucena, Amneris, Ulrica, Carmen, Cassandre (Berlioz Les Troyens), Dalila, Komponist, Auntie, Old Lady (Bernstein Candide), Jezibaba und Ortrud.
Anna Agathonos sang den Jungen Syrer in der Uraufführung von Enjott Schneiders Das Salome-Prinzip und übernahm 2003 die weibliche Hauptrolle in der Uraufführung von Alexander Müllenbachs Oper Die Todesbrücke bei der Ruhrtriennale . Außerdem verkörperte sie die Anna in Isidora Zebeljans Beitrag zur Eichbaumoper, die 2009 an der U-Bahnstation Eichbaum in Mühlheim an der Ruhr uraufgeführt wurde.
Zwischen 2010 und 2019 arbeitete Anna Agathonos freiberuflich. Gastengagements führten sie an die Staatsoper Hannover, das Staatstheater Oldenburg, das Gärtnerplatztheater in München, das Staatstheater Nürnberg und an die Theater Erfurt, Bonn, Mönchengladbach und Pforzheim. Außerdem trat sie an der Griechischen Nationaloper in Athen, an der Opera Ireland in Dublin, am Stadttheater Klagenfurt, am Bartók Plus Opernfestival in Miskolc und im Open Air Festival Oper Burg Gars auf.
Im Konzertbereich wirkte Anna Agathonos in mehreren Aufführungen von Beethovens 9. Sinfonie sowie Verdis Requiem mit und übernahm das Alt-Solo in Rossinis Petite Messe Solennelle und Stabat Mater sowie in Mahlers 3. Sinfonie. Im Dezember 2022 feierte sie ihr Hausdebüt an der Kölner Philharmonie als Old Lady in einer konzertanten Aufführung von Bernsteins Candide in der Loriot-Fassung.
Seit der Saison 2020/21 ist Anna Agathonos festes Ensemblemitglied des Staatstheaters am Gärtnerplatz. Dort stand sie unter anderem in folgenden Partien auf der Bühne: Madame Flora in Menottis Das Medium, sowie Miss Todd in seinem The Old Maid and the Thief, Old Lady in Bernsteins Candide, Filipjewna in Tschaikowskys Eugen Onegin, Baba the Turk in Strawinskys The Rake's Progress, Federica in Verdis Luisa Miller, 3. Dame in Mozarts Die Zauberflöte sowie Marcellina in Le Nozze di Figaro und als Knusperhexe in Humperndincks Hänsel & Gretel. Die gebürtige Griechin ist mit der Nationaloper ihres Heimatlandes eng verbunden und trat dort unter anderem als Rosina in Rossinis Il barbiere di Siviglia, Mistress Quickly in Verdis Falstaff sowie Leokadja Begbick in Weills Aufstieg und Fall der Stadt Mahagonny auf.