Лев Николаевич Толстой задумал роман о частной жизни и отношениях современников 24 февраля 1870 года. Жена писателя Софья Андреевна отметила начало работы над романом в своем дневнике в марте 1873 года. А уже через неделю Лев Николаевич писал своему знакомому литературному критику Н.Н. Страхову, что книга начерно закончена, получился «роман очень живой, горячий», которым он вполне доволен и через полмесяца завершит окончательно.
Роман издавался по частям, первые из которых появились в печати зимой 1875 года в «Русском вестнике», последующие выпуски выходили с большими перерывами. Постепенно роман превращался в социальный фундаментальный труд, получивший огромный успех. Продолжение романа ждали с нетерпением. И наконец, роман был завершен 17 апреля 1877 года. Последняя часть корректировалась Страховым. Цензурное разрешение было выдано от 25 июня 1877 года. Эпилог после конфликта с редакцией журнала вышел отдельной книжкой, а в полном объеме роман был издан в 1878 году.
Замысел романа возник у Льва Николаевича, когда он читал сыну пушкинские «Повести Белкина». Увлекшись, он не мог оторваться от прозы поэта и обратил внимание на незавершенный эскиз «Гости съезжались на дачу». Начав придумывать продолжение, он увидел героев и связавший их сюжет. Интересно, что открывающая роман фраза: «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастлива по-своему» была вписана непосредственно перед публикацией.
А развязка романа была ясна писателю с самого начала. За год до первого чернового варианта Толстой прочитал в тульских «Ведомостях» о самоубийстве брошенной любовником молодой женщины, бросившейся под товарный поезд на станции Ясенки, совсем рядом с толстовской усадьбой. Толстой присутствовал при вскрытии, и история произвела на него тяжелое впечатление. Звали несчастную Анна Пирогова.
Давать героине имя Анна Толстой не собирался. В ранних редакциях он звалась Татьяной. В этом была перекличка с известной пушкинской героиней, а ее внешний облик Толстой взял от дочери Пушкина Марии Гартунг. Первоначально героиня не вызывала симпатии у автора, Он даже книгу собираля назвать иронически «Молодец баба». Сначала Татьяна Ставрович превратилась у него в Анастасию (Нану) Каренину и лишь потом стала Анной. Так же было с другим героем: Гагин — Врасский — Вронский. А Константин Левин возник первоначально как Константин Ордынцев только в пятом варианте, когда композиция романа кардинально изменилась.
Если «Войну и мир» Толстой называл «книгой о прошлом», в которой описывал прекрасный и возвышенный «целостный мир», то «Анну Каренину» он называл «романом из современной жизни». В отличие от «Войны и мира» в «Анне Карениной» не было великих исторических событий, но в нем поднимаются и остаются без ответа темы, близкие лично каждому.
После выхода романа в свет не все поняли целостности книги, нерасторжимости ее героев. Многие упрекали Толстого в скверной архитектуре, когда под одним переплетом сведены два романа. Толстой же построением как раз гордился: «Своды сведены так, что нельзя и заметить, где замок». Первым оценил роман Федор Достоевский, находивший в новом романе Толстого «огромную психологическую разработку души человеческой» и отмечавший, что роман «есть совершенство как художественное произведение». Но и были те, кто не нашел ничего в творении Толстого. Вроде Михаила Салтыкова-Щедрина, назвавшего «Анну Каренину» «коровьим романом».
Лев Толстой описывал эпоху «упадка древней цивилизации», писатель ощущал приближение перемен в жизни дворянского общества, но не мог предвидеть, насколько радикальны они будут менее чем через полвека.