Annika Graaf-Rau studierte Veterinärmedizin an der LMU München und promovierte 2019 am Friedrich-Loeffler-Institut (FLI), wo sich ihre Forschung auf die Entstehung hochpathogener aviärer Influenzaviren konzentrierte. Im Anschluss an ihre Promotion wirkte sie an Projekten zur Dynamik von Tierinfluenza mit und war an der Entwicklung neuartiger diagnostischer Verfahren und Impfstoffe beteiligt. Ihre Arbeit zu hochpathogenen Zoonosen – einschließlich SARS-CoV-2 – verschaffte ihr umfassende praktische Erfahrung in BSL-3-Laboren und Hochsicherheits-Tierhaltungen. 2021 wurde sie als Fachtierärztin für Virologie zertifiziert und leitete internationale Workshops zur molekularen Diagnostik zoonotischer Erreger.

Im Jahr 2024 wechselte sie in die Abteilung Pathogen-Evolution am Helmholtz-Institut für One Health (HIOH). Ihre Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung historischer pathologischer Proben tierischen und menschlichen Ursprungs, um die Evolution von Infektionskrankheiten besser zu verstehen, mit besonderem Fokus auf virale Evolution, Wirt-Pathogen-Interaktionen und Epidemiologie. Neben ihrer Forschung engagiert sie sich auch aktiv im Kapazitätsaufbau sowie im Transfer molekularbiologischer Techniken in afrikanischen Partnerländern.