Elle a étudié l’art lyrique au conservatoire de Saint-Pétersbourg et a suivi le Merola Opera Program à San Francisco. Elle commence sa carrière en 1994. Ses interprétations vont des opéras de Mozart aux chefs-d’œuvre du bel canto (La Somnambule et Anna Bolena), en passant par les chefs-d’œuvre français (Manon et Roméo et Juliette), Puccini (de La Bohème à Turandot), Verdi (de La Traviata à Aida et Macbeth), le vérisme (Andrea Chénier et Adriana Lecouvreur), Tchaïkovski (de Iolanta à Eugène Onéguine), Lohengrin et bien d’autres.

Elle se produit sur les grandes scènes lyriques internationales et dans de nombreux concerts et récitals sur les cinq continents. Ses prestations à l’occasion de l’ouverture de la Coupe du monde de football en 2006 à la Waldbühne de Berlin et en 2018 sur la Place Rouge de Moscou ont fait l’objet de retransmissions télévisées internationales.

Artiste exclusive de Deutsche Grammophon depuis 2003, sa vaste discographie comprend des opéras, du répertoire de concert, des albums solo et un enregistrement de duos d’amour avec son mari, le ténor azerbaïdjanais Yusif Eyvazov. Comprenant des airs de Verdi, Wagner, Strauss, Puccini, Cilea et Purcell, son dernier album,  Amata dalle tenebre », est sorti en novembre 2021, tandis que son album solo de 2016,  Verismo , est longtemps resté à la première place des classements de ventes classiques dans des dizaines de pays.

Anna Netrebko a notamment reçu trois nominations aux Grammy Awards, le prix Bambi en Allemagne et les Classical BRIT Awards au Royaume-Uni dans les catégories « Chanteuse de l’année » et « Artiste féminine de l’année ».