Anna Yuryevna nació el 18 de septiembre de 1971. Comenzó su carrera artística como humilde fregatriz en el Teatro Mariinski de San Petersburgo (sede de la Ópera Kirov), donde llamó la atención del director de orquesta Valery Gergiev y en consecuencia se hizo su mentor musical. Guiada por Gergiev, debutó en el Mariinsky como Susana en Las bodas de Fígaro. Siguió cantando papeles destacados con la Ópera Kirov, incluyendo Amina en La sonnambula, Pamina en La flauta mágica, Rosina en El barbero de Sevilla, y Lucía en Lucia di Lammermoor.

En 1995, con veinticuatro años, debutó en Estados Unidos, como Ludmila, en la ópera de Mijaíl Glinka Ruslan y Ludmila en la Ópera de San Francisco. Después de su exitosa representación, se convirtió en frecuente cantante invitada en San Francisco. También apareció en otras ciudades estadounidenses y es conocida como una aclamada intérprete de papeles operísticos rusos, como Ludmila, Natasha (en Guerra y paz, Louisa en su Boda en el Monasterio y Marfa en La novia del zar. Netrebko ha tenido existosas incursiones en el repertorio belcantista y romántico, como Gilda en Rigoletto, Musetta en La Bohème y Giulietta en I Capuleti e i Montecchi.

En 2002, Netrebko debutó en el Metropolitan Opera como Natasha, en el estreno en el Met de Guerra y paz. El mismo año, cantó su primera Donna Anna en el Festival de Salzburgo, dirigida por Nikolaus Harnoncourt.

Su repertorio en 2003 incluía interpretaciones de Violetta en La Traviata en Munich, el rol titular de Lucia di Lammermoor en la Ópera de Los Ángeles, y Donna Anna en la Royal Opera House, Covent Garden. Ese año vio también el lanzamiento de su primer álbum: Opera Arias, que se convirtió en uno de los clásicos más vendidos del año. Su segundo álbum, Sempre Libera, se lanzó al año siguiente. Cantó un Roméo et Juliette muy valorado con Rolando Villazón, con el que también ha interpretado L’elisir d’amore en 2005. El mismo año, apareció como Violetta Valéry en La Traviata en el Festival de Salzburgo, dirigida por Carlo Rizzi.

Ha cantado Guerra y paz, dirigida por Gergiev, en el Teatro Real de Madrid (2001).

La voz de Netrebko es notable por tener tanto la suavidad y flexibilidad de una soprano lírica y la resonancia y oscuro timbre de una soprano lírico spinto. Tiene una amplia tesitura, siendo capaz de alcanzar el Mi bemol alto de soprano e incluso fás más agudos.

En marzo de 2006, Netrebko solicitó ser ciudadana austriaca, recibiendo su ciudadanía a finales de julio. De acuerdo con una entrevista en las noticias semanales austriacas, vivirá en Viena y Salzburgo. Esto ha provocado polémica en Rusia - Historia en el «Moscow Times»

Actuó junto al tenor Plácido Domingo y Rolando Villazón en julio de 2006, con motivo del Mundial de Alemania.