او فرزند سلیمان‌خان اعتضادالدوله و ملک‌زاده خانم بود. پدر و مادر او هر دو از فرزندان عباس‌میرزا و نوه‌های فتحعلی‌شاه بودند و پدرش نیز دایی ناصرالدین‌شاه به شمار می‌آمد. از این رو انوشیروان‌خان از کودکی یکی از اعضای حلقه‌ی کوچکی از اطرافیان و دوستان ناصرالدین شاه بود و از نزدیکترین افراد به او شمرده می‌شد.
به گزارش هم میهن، ناصرالدین‌شاه پس از اینکه به سلطنت رسید، انوشیروان‌خان را با خود به دربار برد و نزدیکترین منصب به خودش یعنی خوانسالار، یا رئیس آشپزخانه سلطنتی را به او سپرد تا اختیار غذایش در دست یکی از نزدیکترین دوستانش باشد و پس از مدتی حکومت مازندران و گیلان نیز به انوشیروان‌خان سپرده شد، اما او به‌عنوان خوانسالار شاه در تهران ماند و برادر ناتنی‌اش، محمدعلی‌خان را به نیابت از خود به محل حکومت فرستاد. تنها یک سال بعد به‌عنوان رئیس ایل قاجار برگزیده شد و لقب ایلخانی دریافت کرد. پس از آن نیز با حفظ تمام سمت‌های قبلی، فرماندهی قشون گیلان و مازندران و گرگان را نیز دریافت کرد و در سال ۱۲۸۳ قمری به لقب اعتضادالدوله ملقب شد.
این عنوان ابتدا به جد اعلای او امیرسلیمان‌خان تعلق داشت و سپس به پدربزرگ و پدر او داده شده بود و به این ترتیب او چهارمین نسل از خانواده بود که این لقب را دریافت می‌کرد. انوشیروان‌خان با ملک‌زاده خانم عزت‌الدوله، خواهر ناصرالدین‌شاه ازدواج کرد. عزت‌الدوله زن نگون‌بختی که نخست همسر میرزاتقی‌خان امیرکبیر بود، پس از قتل او مجبور به ازدواج با میرزاکاظم نظام‌الملک، پسر میرزاآقاخان نوری شد و پس از عزل میرزاآقاخان، به دستور مادرش مهدعلیا از نظام‌الملک جدا شده و با انوشیروان‌خان ازدواج کرد، درحالی‌که خود به این ازدواج مایل نبود.
او و انوشیروان‌خان صاحب سه پسر شدند؛ به نامهای محمداسماعیل‌خان سپهبد، عیسی‌خان اعتمادالدوله و موسی‌خان عین‌الملک. انوشیروان‌خان پیش از عزت‌الدوله همسرانی داشت و از آنان صاحب چند دختر بود. دختر ارشد او امیرزاده خانم با «سیدصدرالدین» عموی محسن صدر از نخست‌وزیران ایران در دوره پهلوی ازدواج کرد و دو پسر و یک دختر به دنیا آورد. پسر اول سیدشجاع‌الدین‌خان ملقب به ارفعالسلطان وارد خدمت نظام شد و به درجه سرتیپی رسید، اما این پسر محمداسماعیل سپهبد بود که اقبال بیشتری یافت: انوشیروان سپهبدی دیپلمات ارشد دوران قاجار و پهلوی و وزیر امور خارجه ایران در دوران محمدرضاشاه پهلوی.
سپهبدی که نسبی قاجاری داشت یکی از دیپلمات‌های ورزیده و متین و بی‌حاشیه دوران اواخر قاجار و پهلوی بود که علاوه بر سفارت در کشور‌های پراهمیت برای ایران، چون شوروی و فرانسه و ترکیه و مصر مدتی نیز وزارت امور خارجه را در دوران پرآشوب و خطیر پایان جنگ جهانی دوم از سر گذراند. انوشیروان سپهبدی در سال ۱۲۶۷ در حالی در تهران زاده شد که به فتحعلی‌شاه نسب می‌برد و مادربزرگش نیز نخست همسر و دلباخته امیرکبیر بود. انوشیروان پس از طی مدرسه سیاسی تهران که مشیرالدوله بنیان نهاده بود، در سال ۱۲۸۶ به استخدام وزارت امور خارجه درآمد.
چندی معاون اداره عثمانی بود تا به نایب‌دومی ژنرال قنسول تفلیس منصوب شد. از دیگر مشاغل وی، کارگزاری امور کیفری و حقوقی اتباع بیگانه در همدان، معاونت دفتر وزارتی، مدیر اطلاعات، رئیس اداره سوم سیاسی بود تا سرانجام به ریاست اداره کل تشریفات منصوب شد. نام خانوادگی او تا سال ۱۳۰۸ سپهبد بود، چون درجه‌ای بدین نام وارد درجات نظامی ارتش ایران شد، به وی تکلیف تغییر نام خانوادگی شد و سپهبد را به سپهبدی تغییر داد.
سپهبدی در سال ۱۳۰۸ به سمت وزیر مختار ایران در برن منصوب و نمایندگی ایران در جامعه ملل را عهده‌دار شد و نزدیک به چهار سال در آن سمت مستقر بود. دوران حضور انوشیروان سپهبدی در سوئیس با دوران تحصیل ولیعهد محمدرضاپهلوی در سوئیس همزمان بود و سفیر باید با دقت امور مربوط به ولیعهد را نیز اداره و مدیریت می‌کرد و از آنجایی که شخص رضاشاه بر وضعیت پسرش در سوئیس نظارت داشت، یکی از مشغولیت‌های اصلی سفیر را تشکیل می‌داد، اما در عین حال ماموریت‌های مهم دیگری نیز به او سپرده می‌شد که مذاکره با دیپلمات‌های بریتانیایی درباره حاکمیت ایران بر جزایر خلیج‌فارس و حدود دریای سرزمینی در خلیج‌فارس و دریای عمان یکی از آنها بود.
پس از پایان جنگ جهانی اول، قدرت‌های اروپایی با تأسیس جامعه ملل و وضع مقرراتی بین‌المللی که سلطه آنان را در عرصه بین‌المللی در پی داشت، تحت عنوان حفاظت از صلح جهانی و ممانعت از جنگ، مقرراتی را برای نظارت بر آب‌های بین‌المللی وضع کرده و درصدد بودند آن را به اجرا بگذارند. ایران در اعتراض به این مقررات اظهار داشت: «مقررات فوق ایران را - که یک کشور قدیمی و از شروع تاریخ مستقل بوده است- در حد مستعمره تنزل می‌دهد و ایران با توجه به ماده‌ی دهم میثاق از حاکمیت خود در سرزمین و آب‌های خود دفاع خواهد کرد... ایران، مصمم است از تجارت غیرمجاز اسلحه به سرزمین خود کلاً جلوگیری نماید؛ اما این عمل را به‌عنوان یک دولت مستقل انجام می‌دهد نه به صورت نوعی سرزمین مستعمره...». بر همین اساس در سال ۱۳۱۲ انوشیروان سپهبدی، نماینده‌ی ایران در ژنو، مأموریت یافت تا مذاکراتی با مأموران انگلیسی انجام دهد؛ بدین مضمون که «در خصوص خلیج‌فارس و خلیج عمان، نظر دولت ایران بر این است که سعی شود انگلیسی‌ها متقاعد شوند با خروج آنها از منطقه‌ی مخصوص به عقد قرارداد بین دو دولت موافقت کنند و اگر شناسایی سایر دولت‌ها را لازم بدانند، می‌توان به سایر دولت‌ها اعلام کرد و عدم اعتراض آنها، به منزله‌ی شناسایی خواهد بود و درخصوص خلیج‌فارس و دریای عمان، گذاشتن این دو منطقه جزو منطقه‌ی مخصوص، برخلاف اصلی دریای سرزمینی است و جواب ایران منفی است.»
در پی این مأموریت، سپهبدی در چهارم اردیبهشت ۱۳۱۲ در لندن با سِرجان سایمون ملاقات کرد و ضمن پاره‌ای مذاکرات اظهار داشت که «.. دولت ایران امیدوار است دولت انگلیس از تعقیب سیاست ۱۹۲۵ خود در مورد آب‌های خلیج‌فارس خودداری کند.» وی همچنین تأکید کرد: «در طرح قرارداد مابین ایران و انگلیس، تفتیش و نظارت کشتی‌هایی که پرچم ایران را دارا می‌باشند و در آب‌های خلیج‌فارس و دریای عمان سیر می‌کنند و مظنون به حمل و نقل غیرقانونی اسلحه می‌باشند، بر عهده‌ی بحریه‌ی ایران خواهد بود؛ ولی کشتی‌هایی که بیرقی غیر از بیرق ایران داشته باشند، نظارت و تفتیش آنها بر عهده‌ی انگلیس خواهد بود.» وزارت خارجه‌ی انگلیس، در پاسخ طی نامهای خطاب به حسین علاء، مخالفت خود را با طرح سپهبدی اعلام نمود و مذاکرات شکست خورد. هرچند به‌زودی با خروج آلمان و ژاپن از جامعه ملل و شکست این سازمان طلیعه جنگ جهانی دوم به اهتزاز درآمد.
در زمان همین مأموریت بود که با ابراهیم حکیمی که در این موقع در اروپا به سر می‌برد، ارتباطی تنگاتنگ برقرار کرد و از او در فعالیت‌های مربوط به جامعه ملل نیز کمک گرفت، تا اینکه در کابینه‌ی او در سال ۱۳۲۴ به‌عنوان وزیرامورخارجه منصوب شد. سپهبدی در دوران ماموریت‌اش در سوئیس پیگیر امور محمدعلی جمال‌زاده، نویسنده مشهور ایرانی نیز بود و در خاطرات خود می‌نویسد که جمال‌زاده با وجود پیگیری او به دلیل افسردگی و یأس مایل به بازگشت به ایران نیست. سپهبدی پس از اتمام ماموریت، به تهران بازگشت. در هشتم مرداد ۱۳۱۲ محمدعلی فروغی، وزیر امورخارجه او را به جای حسنعلی غفاری به‌عنوان معاون خود به مجلس شورای ملی معرفی کرد. کمتر از پنج ماه معاون بود تا در سال ۱۳۱۵ سفیرکبیر ایران در اتحاد جماهیر شوروی شد و دو سال در آن کشور به سر برد. در دوران پهلوی اول روابط ایران و فرانسه به دلیل مخالفت باطنی فرانسه با رضاشاه قطع شد. به‌خصوص روزنامه‌های فرانسوی لحن انتقادی شدیدی نسبت به ایران داشتند.
این قطعی دوسال‌ونیم به طول انجامید تا اینکه سرانجام دولت فرانسه هیئت فوق‌العاده‌ای را به ریاست ژنرال «ماکسیم وگان» فرمانده‌کل قوای فرانسه در خاورمیانه، راهی تهران کرد. دولت ایران در سال ۱۳۱۸ انوشیروان سپهبدی را به سمت وزیر مختار به پاریس فرستاد و روابط دو کشور عادی و دوستانه شد. پس از تهاجم آلمان به فرانسه در ژوئن ۱۹۴۰، انوشیروان سپهبدی، سفیر ایران، به ویشی در منطقه اشغال‌نشده رفت تا در آنجا سفارت ایران را از نو سازماندهی کند. سپهبدی در سال ۱۳۱۹ به سمت سفیرکبیری ایران در ترکیه تعیین شد و این سمت را تا سال ۱۳۲۳ دارا بود.
سپهبدی پس از بازگشت به تهران از سال ۱۳۲۴ در کابینه‌های زودگذر ابراهیم حکیمی و محسن صدر، به سمت وزیر امور خارجه معرفی شد. ایران در این زمان شرایط سختی را از سر می‌گذراند و درحالی‌که در اشغال متفقین بود باید برای بازیابی استقلال و خروج نیرو‌های اشغالگر تلاش می‌کرد. اعلام پایان جنگ جهانی دوم در اروپا توسط ترومن، رئیس‌جمهور آمریکا، در زمان صدارت حکیمی و وزارت امور خارجه سپهبدی روی داد و ایران با استناد به پیمان سه‌جانبه ایران و بریتانیا و شوروی و توافق سران متفقین در کنفرانس تهران خواستار خروج نیرو‌های متفقین از خاک خود و ترک اشغال ایران شد.
استالین با دستاویز قراردادن عدم تسلیم ژاپن و ادامه جنگ در آسیا و همچنین بهانه‌های دیگر سعی داشت اشغال ایران را ادامه دهد و ایران را به اعطای خودمختاری به دولت‌های دست‌نشانده در تبریز و مهاباد وادار کند، اما ایران در دوران حکیمی و صدر و احمد قوام با ایستادگی و جدیت این پرونده را پیگیری و به نتیجه رساند. ایران در دوران وزارت امورخارجه سپهبدی با امضای منشور ملل متحد در کنفرانس سان‌فرانسیسکو یکی از ۵۱ کشور پایه‌گذار سازمان ملل شد. حضور ایران در میان مؤسسین سازمان ملل این شانس را به ایران داد که بتواند با شکایت از شوروی به شورای امنیت سازمان ملل این ابرقدرت را به خروج نیروهایش از ایران وادار کند. در بهمن ۱۳۲۴ سپهبدی در کابینه احمد قوام به سمت وزیر دادگستری تعیین و در مرداد ۱۳۲۵ با ترمیم کابینه، وزیر مشاور شد. در خرداد ۱۳۲۶ در کابینه احمد قوام، برای بار سوم به وزارت امور خارجه تعیین شد. انوشیروان سپهبدی هنگامی که ابراهیم حکیمی به وزارت دربار تعیین شد، ریاست تشریفات سلطنتی را بر عهده گرفت و تا سال ۱۳۲۸ دارای همان سمت بود.
در همان سال، مجلس سنا تشکیل شد و شاه او را به سناتوری انتصابی تهران برگزید که تا مهر ۱۳۳۱ در آن سمت بود. در سال ۱۳۳۲ با سمت سفیرکبیر ایران در مصر، عازم قاهره شد و پنج سال در آن سمت بود. حضور او در قاهره پس از کودتای ۲۸ مرداد و نخست‌وزیری فضل‌الله زاهدی بود و با سقوط نظام سلطنتی مصر و کودتای افسران ارتش مصر و ریاست‌جمهوری محمد نجیب و سپس جمال عبدالناصر همزمان شد. در سال ۱۳۴۱ به سمت سفیرکبیر ایران در دربار پاپ تعیین و سرانجام در سال ۱۳۴۵ با شصت سال سابقه خدمت بازنشسته شد و در سال ۱۳۶۰ در تهران درگذشت.
فرهاد سپهبدی پسر او نیز که در دوران ماموریت پدرش در سوئیس به دنیا آمده بود، در دوره پهلوی دوم یکی از دیپلمات‌های وزارت امور خارجه بود و برادرزاده‌هایش منوچهر و پرویز به ترتیب سفیر ایران در بحرین، یونان و دانمارک شدند. انوشیروان سپهبدی همچنین شوهرخاله فریدون و امیرعباس هویدا بود. فرهاد سپهبدی تحصیلات خود را در دانشگاه پاریس، جرج تاون گذراند و سپس به استخدام وزارت امور خارجه درآمد و در سفارت‌های ایران در سوئیس، ایالات متحده آمریکا، بریتانیا، فرانسه و مقر سازمان ملل متحد خدمت نمود و سه سال پایانی حکومت پهلوی به‌عنوان سفیر ایران در مراکش فعالیت داشت. او سپس در مقر سازمان ملل متحد در نیویورک به‌عنوان مشاور امور مطبوعاتی مشغول به کار شد و بین سال‌های ۲۰۰۳-۱۹۸۵ به‌عنوان خبرنگار دیپلماتیک ایماپرس در پاریس فعالیت نمود و در سال ۲۰۱۴ در آریزونا درگذشت..
اکثر ماموریت‌های سیاسی انوشیروان سپهبدی در کشور‌هایی صورت گرفت که رابطه با آنها برای ایران از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار بود و حضور سپهبدی در این ماموریت‌ها بیانگر جایگاه برجسته و خاص او در دستگاه سیاست خارجی آن دوران بود. سپهبدی در دوران حضورش در محل ماموریت نیز روابط نزدیک و مؤثری با مقامات کشور مقصد برقرار می‌کرد. یکی از خاطرات سپهبدی که به دوران سفارتش در آنکارا مربوط می‌شود، ضمن بیان رابطه نزدیکش با وزیر امور خارجه ترکیه حاوی دیدگاه احمدشاه قاجار در مورد استقلال کشور است.
سپهبدی در این باره می‌نویسد: «توفیق رشدی‌بیک وزیر امور خارجه ترکیه که مدت‌ها در زمان آتاترک این سمت را داشت با من در ژنو از در دوستی درآمد و آدم خون‌گرم و خوبی بود. چندین سال در ژنو با هم در جامعه ملل همکاری داشتیم (۱۹۳۲)، پس از آنکه من به سمت سفارت کبیری ایران در آنکارا انتخاب شدم، (۱۹۴۲) چندین سال از این آشنایی یا دوستی گذشته بود. در آن‌وقت کاری نداشت و آتاترک هم نبود، روزی به سفارت آمد و در بین صحبت گفتگو از زمان وزارت امور خارجه او مناسبت او با احمدشاه و پیغام آتاترک به شاه ایران در میان آمد. من حرف او را بی‌کم و کسر نقل می‌کنم؛ نامبرده گفت آتاترک نظر به اینکه سلسله قاجاریه از نژاد ترک بودند خیلی مایل بود که احمدشاه کارش خراب نشود و در سلطنت مستقر باشند. آن‌وقت احمدشاه در فرنگستان بود، به او پیغام دادم که بروم و با احمدشاه ملاقات کنم و از او بخواهم که زودتر تا کار خراب نشده به ایران مراجعت کند. من پاریس رفتم و به احمدشاه که آن‌وقت در نیس بود، تلگراف کردم که از طرف آتاترک پیغام فوری دارم. احمدشاه جواب داد که من چند روز دیگر به لوزان می‌روم و منتظر هستم که در آنجا شما را ملاقات کنم.
من در آن روز به لوزان رفتم و در لوزان پالاس که احمدشاه در آنجا منزل داشت، رفتم و مرا در روز موعود پذیرفت، آقایان ارفع‌الدوله و عمو کهن وزیر مختار ایران در پاریس حضور داشتند و مذاکرات ما شروع شد. تمام مذاکرات به زبان ترکی بود، چون هر شش نفر مثل یک نفر ترک، ترکی صحبت می‌کردند. گفتم آتاترک به شما سلام می‌رسانند و خیلی آرزو دارد که هرچه زودتر اعلیحضرت به ایران مراجعت فرمایند، چون تصوّر می‌کند اقامت فوق‌العاده اعلیحضرت در فرنگستان و اوضاعی که امروز در آنجا پیش آمده، ممکن است باعث زحمت زیاد بشود. احمدشاه جواب داد خودم خیال دارم به همین زودی مراجعت کنم. گفتم آتاترک مایل است اعلیحضرت از راه آنکارا به ایران مراجعت فرمایند؛ گفت بسیار خوب. در این موقع که صحبت به اینجا رسیده بود اضافه کردم آتاترک حاضر است یک کورپس [قشون]همراه اعلیحضرت بکند که در رکاب اعلیحضرت به تهران بیایند و مخالفان سلطنت را دور بکنند و پس از آنکه وضع به حال عادی برگشت آن‌وقت اعلیحضرت قشونی را که در رکاب آمده‌اند، مرخص فرمایند.
دیدم اینجا چهره احمدشاه تغییر کرد، گفت من ترکی شما را نمی‌فهمم، در صورتی‌که تا به حال تمام صحبت ما با ترکی به خوبی پیش می‌رفت مجبور شدم مطلب بالا را فوراً به فرانسه تکرار کنم. احمدشاه متغیر شد، گفت «به آتاترک بگویید هیچ‌وقت پادشاه ایران با قشون اجنبی به کشور خودش نخواهد رفت.» فوراً گفتگو را خاتمه دادم و از اتاق بیرون رفت. رشدی اینجا اضافه کرد: «پس از این جواب و ردّ سخت احمدشاه بود که آتاترک اعلامیه مشهور خود را بر له رضا خان داد».