Fra 1977 til 1982 var hun assisterende overlege i Helsedirektoratet og fra 1982-85 assisterende fylkeslege i Akershus. Anne Alvik ble utnevnt til medisinalråd/assisterende helsedirektør i 1985. Hennes overordnede, Torbjørn Mork, døde brått i 1992, og Alvik overtok for ham som konstituert helsedirektør og leder for Helsedirektoratet (fra 1. januar 1994 Statens helsetilsyn), og ble formelt utnevnt til embetet i august 1993. Hun fratrådte i 2000 etter mediekritikk i den såkalte Bærum-saken som gjaldt en lege ved Bærum sykehus som hadde anvendt terminal sedering. Det ble påstått at saken var et eksempel på aktiv dødshjelp. Anne Alvik utga i 2010 en bok om denne saken og sin avgang. Hun ble etterfulgt av Lars E. Hanssen.