Devieilhe estudió cello, musicología y canto y se graduó con un primer premio del Conservatorio de París.

Mientras estudiaba, actuó con conjuntos como Ensemble Pygmalion, Les Cris de Paris, Les Arts Florissants, Les Musiciens du Louvre, Le Concert Spirituel, Orchestre de Paris y Orchestre National dÎle de France. Desde que se graduó en 2011, sus compromisos operativos incluyen Serpetta La finta giardiniera y Bellezza Il trionfo del tempo e disinganno para el Festival de Aix-en-Provence, Serpetta en Toulon, la Reina de la Noche Die Zauberflöte y Soeur Constance Dialogues des Carmélites para Théâtre des Champs-Élysées, Opéra de Lyon y Dutch National Opera, Lakmé para Opéra-Comique y en Marsella y Aviñón, la Reina de la Noche para Paris Opéra, Euridice Orfeo ed Euridice para La Monnaie, Bruselas, Adele Die Fledermaus para Opéra-Comique, Nannetta Falstaff en Marsella, Ismene Mitridate, re di Ponto para Théâtre des Champs-Élysées, Mélisande Pelléas et Mélisande en Tourcoing, Fire / Princess / Nightingale L'Enfant et les sortilèges para Glyndebourne Festival, Amina La sonnambula en versión de concierto para el concierto de la ciudad de Barcelona. Champs-Élysées y Blonde Die Entführung aus dem Serail para La Scala, Milán.

Devieilhe actuó en la gala de inauguración de la Paris Philharmonie y ofrece recitales regulares de Lieder y canciones francesas. Es una artista de grabación exclusiva para Erato, su discografía incluye arias de Rameau y arias de coloratura de Mozart.