À 15 ans, Olga Peretyatko chante au sein de la chorale d'enfants du Théâtre Mariinski. Formée à l'académie des arts dans sa ville natale, elle poursuit ses études à l'académie de musique Hanns Eisler de Berlin et les termine à l’Opernstudio de l'opéra de Hambourg. En 2007, encore étudiante, elle est la récipiendaire du second prix au concours international Operalia parrainé par le ténor Plácido Domingo.

Le répertoire étendu de Peretyatko inclut des opéras de Händel, Mozart, Wagner et Strauss.

En 2010, elle commence une carrière internationale dans le rôle-titre du Rossignol (Stravinsky) au festival d'Aix-en-Provence rapidement suivi par des représentations à Toronto, New York, Lyon et Amsterdam.

Membre de l'académie Rossiniana de Pesaro, elle chante très régulièrement dans cette ville lors du Rossini Opera Festival. Elle interprète Corinna et la contesse de Folleville Il Viaggio a Reims, 2006; Desdemone Otello; 2007 (rôle qu'elle endosse également à Lausanne en 20062), Giulia La scala di seta, 2009; Aldamira Sigismondo, 2010 et le rôle-titre de Matilde di Shabran, qu'elle chante en 2012 à l'occasion du Rossini Opera Festival de 2012.

Olga Peretyatko s'est également produite à la Mozartwoche de Salzbourg (2013), au Deutsche Oper, à l’opéra national de Berlin, à l’opéra national de Munich, au Théâtre des Champs-Élysées, Paris, à La Fenice, Venise, et à la Folle Journée de Nantes.

Lors du festival de Pentecôte 2015 au palais des festivals de Baden-Baden, elle interprète le rôle-titre de La traviata dans la mise en scène de Rolando Villazón.