Ann Grete Nørgaard Østerballe blev født den 15. september 1983 i Viborg og kom som 12-årig til Viborg HK. Her fik hun sin håndboldopvækst, men i begyndelsen af seniortiden var spilletiden begrænset, fordi hun på venstre fløj stod i skyggen af Henriette Mikkelsen. Derfor var hun af flere omgange udlejet til Skive fH, der fungerede som Viborgs satellitklub i 1. division.
I 2006 skiftede Nørgaard til Randers HK efter mere end ti år i Viborg. Opholdet fik dog en turbulent afslutning i 2008, da hun efter uenigheder med klubben og træner Martin Albertsen ophævede sin kontrakt. Efterfølgende indgik hun og Håndbold Spiller Foreningen forlig med Randers HK.
Efter bruddet med Randers gik Ann Grete Nørgaard en periode uden håndbold, inden Viborg HK i november 2008 tilbød hende at træne og spille som amatør på klubbens 2. hold. I marts 2009 fik hun comeback på Viborgs ligahold, da Gitte Aaen blev skadet, og hun endte med at blive en del af den trup, der samme sæson vandt både det danske mesterskab og Champions League.
I 2009 fortsatte hun karrieren i Horsens HK, hvor hun hurtigt blev topscorer for holdet. Hun havde mulighed for at skifte til østrigske Hypo Niederösterreich, men valgte at blive i Horsens. Klubben rykkede dog ned fra den bedste række, og spillerne blev fritstillet fra deres kontrakter.
I 2010 skrev hun under med Team Tvis Holstebro, hvor hun fik fem stærke sæsoner og for alvor blev en af klubbens bærende profiler. Allerede i 2010/11-sæsonen nåede holdet finalen i EHF Cuppen, og Nørgaard blev delt topscorer i turneringen med klubkammeraten Kristina Kristiansen med 71 mål.
I 2012/13-sæsonen spillede Team Tvis Holstebro sig i DM-finalen, hvor holdet tabte til FC Midtjylland Håndbold. Samme sæson vandt klubben til gengæld EHF Cuppen efter finalesejr over Metz Handball. Det var klubbens første europæiske titel, og Ann Grete Nørgaard blev turneringens topscorer med 92 mål.
Landsholdskarrieren var samtidig blevet en stor del af hendes håndboldliv. Hun fik debut på det danske A-landshold den 28. februar 2007 mod Sverige, men hendes første slutrunde kom først ved EM i 2010 på hjemmebane. Her gjorde hun sig bemærket som en del af det danske hold, der endte på fjerdepladsen.
Året efter var hun med ved VM i Brasilien, hvor Danmark igen sluttede som nummer fire. Ved den slutrunde blev hun især husket for sin udlignende scoring på straffekast i sidste sekund af den ordinære spilletid i ottendedelsfinalen mod Japan.
I 2012 blev Nørgaard udtaget til OL i London, hvor Danmark sluttede som nummer ni. Hun blev dansk topscorer ved turneringen med 32 mål i fem kampe. Senere samme år var hun også med ved EM i Serbien, hvor Danmark blev nummer fem, og hvor hun igen blev dansk topscorer med 37 mål.
Det store landsholdshøjdepunkt kom ved VM i Serbien i 2013. Her var Ann Grete Nørgaard en del af det danske hold, der spillede sig frem til bronzekampen mod Polen. Danmark vandt 30-26 og sikrede sig dermed sin første medalje ved en stor kvindeslutrunde siden EM-sølvet i 2004. Nørgaard scorede 22 mål ved turneringen.
I 2014 var hun igen med ved EM, denne gang i Ungarn og Kroatien, hvor Danmark sluttede som nummer otte. Året efter blev hun udtaget til VM på hjemmebane under Klavs Bruun Jørgensen og scorede 20 mål ved slutrunden.
Efter fem sæsoner i Team Tvis Holstebro vendte Nørgaard i 2015 hjem til Viborg HK. Hun kom tilbage til barndomsklubben med stor rutine og en stærk periode i Holstebro bag sig, og i Viborg blev hun igen en markant profil. I 2017 forlængede hun kontrakten til sommeren 2020.
I Viborg-perioden blev hun tre sæsoner i træk udtaget til ligaens All Star-hold på venstre fløj, i 2015/16, 2016/17 og 2017/18. I 2017/18-sæsonen blev hun også topscorer i Damehåndboldligaen med 178 mål, og samme sæson var hun med til at vinde DM-bronze med Viborg HK. Det var klubbens første medalje siden 2014.
I 2019 skiftede hun overraskende til rumænske SCM Râmnicu Vâlcea. Her blev hun hentet som førstevalg på venstre fløj, og i Champions League-sæsonen 2019/20 blev hun klubbens topscorer med 45 mål. Hun blev samtidig nomineret blandt sæsonens bedste venstrefløje, mens klubben nåede kvartfinalen og blev nummer to i den rumænske liga.
I december 2020 stoppede hun i den rumænske klub som følge af lønnedgang, og i januar 2021 skrev hun under med norske Storhamar HE. På grund af coronarestriktioner blev den resterende del af sæsonen i Norge dog aflyst, og derfor blev opholdet kortere end forventet.
I august 2021 vendte Ann Grete Nørgaard tilbage til dansk håndbold, da hun skrev under med Silkeborg-Voel KFUM. Det blev hendes sidste klub som aktiv spiller. I marts 2022 meddelte hun, at hun stoppede karrieren efter sæsonen, men hun sluttede stærkt og blev både Silkeborg-Voels topscorer og den femtemest scorende spiller i Bambusa Kvindeligaen 2021/22 med 182 mål.
På landsholdet står Ann Grete Nørgaard noteret for 139 landskampe og 549 mål fra 2007 til 2016. Hun deltog i syv slutrunder fordelt på VM, EM og OL og var gennem en årrække en af de mest markante danske profiler. Hun blev kendt som AG, som en målfarlig venstrefløj og som en spiller med stort temperament, humør og tydelig personlighed på banen.
Efter karrieren har hun blandt andet arbejdet som ekspertkommentator for Viaplay, hvor hun har dækket danske kvindehold i EHF Champions League og EHF European League. Derudover er hun lærer på
