Родилась 18 сентября 1971 г. в гор. Краснодаре в семье Юрия Николаевича и Ларисы Ивановны Нетребко. Отец (род. 1934) - инженер-геолог, мать (1944-2002) была инженером связи.
В школьные годы была солисткой хора "Кубанская пионерия" при Дворце пионеров и школьников Краснодарского края.
В 1987 г. переехала в Ленинград (ныне Санкт-Петербург) и поступила в музыкальное училище.
В 1990-1993 гг. училась в Санкт-Петербургской государственной консерватории им. Н. А. Римского-Корсакова по классу вокала у профессора Тамары Новиченко. Певческий голос - сопрано.
Для того чтобы иметь возможность чаще смотреть театральные постановки, параллельно с учебой в консерватории стала подрабатывать уборщицей в Ленинградском государственном академическом театре оперы и балета имени С.М. Кирова (ныне - Государственный академический Мариинский театр).
В 1993 г. стала победительницей проходившего в Смоленске Всероссийского конкурса вокалистов им. М.И. Глинки, после чего успешно прошла прослушивание и получила приглашение в Мариинский театр. В 1994 г. дебютировала на его сцене в партии Сюзанны (опера-буффа Вольфганга Амадея Моцарта "Свадьба Фигаро"). В последующие годы исполняла в Мариинском театре партии Антониды ("Жизнь за царя" Михаила Глинки), Людмилы ("Руслан и Людмила" Михаила Глинки), Ксении ("Борис Годунов" Модеста Мусоргского), Марфы ("Царская невеста" Николая Римского-Корсакова), Луизы ("Обручение в монастыре" Сергея Прокофьева), Наташи Ростовой ("Война и мир" Сергея Прокофьева), Розины ("Севильский цирюльник" Джоаккимо Россини), Амины ("Сомнамбула" Винченцо Беллини), Лючии ("Лючия ди Ламмермур" Гаэтано Доницетти), Джильды ("Риголетто" Джузеппе Верди), Виолетты Валери ("Травиата" Джузеппе Верди), Микаэлы ("Кармен" Жоржа Бизе), Антонии ("Сказки Гофмана" Жака Оффенбаха) и др.
В 1996 г. стала лауреатом III премии Международного конкурса молодых оперных певцов им. Н.А. Римского-Корсакова (Санкт-Петербург).
В 1999-2000 гг. принимала участие в постановках опер "Свадьба Фигаро", "Обручение в монастыре", "Идоменей" (Вольфганг Амадей Моцарт) и "Богема" (Джакомо Пуччини) в оперном театре Сан-Франциско (штат Калифорния, США).
В 2000 г. дебютировала в театре "Метрополитен-опера" (Нью-Йорк, США; партия Наташи Ростовой в "Войне и мире") и Филадельфийском оперном театре (шт. Пенсильвания, США; партия Джульетты в "Капулетти и Монтекки" Винченцо Беллини). В том же году впервые приняла участие в Зальцбургском фестивале (Австрия), исполнив партию Донны Анны ("Дон Жуан" Вольфганга Амадея Моцарта).
В последующие годы выступала на сценах Венской государственной оперы (Австрия), Парижской национальной оперы (Франция), Берлинской государственной оперы (Германия), Карнеги-холла (Нью-Йорк) и др.
В 2006 г. Анна Нетребко получила австрийское гражданство, сохранив при этом гражданство России.
В 2009 г. выступила на Соборной площади Московского Кремля в рамках концерта "Великие голоса в Кремле".
В 2012 г. провела на сцене Мариинского театра благотворительный гала-концерт в помощь пострадавшим от наводнения в Крымске (Краснодарский край).
В 2013 г. записала вокальные партии к военному фильму Федора Бондарчука "Сталинград".
7 февраля 2014 г. Анна Нетребко исполнила олимпийский гимн на церемонии открытия XXII зимней Олимпиады в Сочи (Краснодарский край).
В 2016 г. дебютировала в спектакле Государственного академического Большого театра, исполнив заглавную партию в опере "Манон Леско" Джакомо Пуччини. В 2020 г. выступила на сцене Большого театра в партии Елизаветы в "Дон Карлосе" Джузеппе Верди.
Певица записала около 30 музыкальных дисков с исполнением различных произведений.
Анна Нетребко сыграла роль самой себя в американском фильме "Дневники принцессы - 2. Как стать королевой" (2004, режиссер Гэрри Маршалл), а также исполнила роль цветочницы Мими в австро-германской киноленте "Богема" (2008, Роберт Дорнхельм), являющейся экранной адаптацией одноименной оперы Джакомо Пуччини.
На протяжении нескольких лет оказывает финансовую поддержку Детскому ортопедическому институту им. Г.И. Турнера (гор. Пушкин, Санкт-Петербург). В 2009 г. стала почетным доктором этого медицинского учреждения.
В 2012 г. вместе с уругвайским оперным певцом Эрвином Шроттом основала благотворительный фонд, занимающийся помощью детям с различными заболеваниями, а также детям из неблагополучных семей и сиротам.
Входит в состав почетного и консультативного совета Общества помощи русским детям - благотворительной организации, созданной русскими иммигрантами в Нью-Йорке в 1926 г.
Исполнительница заняла первую строчку рейтинга самых высокооплачиваемых российских музыкантов по версии журнала Forbes за 2016 г. Ее доход, по данным издания, составил 7,5 млн долларов США.
Народная артистка России (2008). Удостоена Государственной премии России (2004) и медали "Герой Труда Кубани" (2006, Краснодарский край). Отмечена орденом "Достлуг" (2018, Азербайджан).
Лауреат российской оперной премии Casta Diva ("Каста Дива", 1998), высшей театральной премии Санкт-Петербурга "Золотой софит" (1999, 2001, 2003, 2005, 2009), немецкой премии в области телевидения и СМИ BAMBI ("Бэмби", 2006), немецкой музыкальной премии Echo Klassik в различных номинациях ("Эхо Классик", 2004, 2005 - дважды, 2006, 2007, 2008 - дважды, 2009, 2014, 2016), британской премии в области классической музыки Classical BRIT Awards ("Клэссикал Брит Эвордс", 2007) в номинации "Лучшая исполнительница", российской музыкальной премии "Золотой граммофон" (2010, за песню "Голос", исполненную вместе с Филиппом Киркоровым), I Международной профессиональной музыкальной премии BraVo в области классического искусства (2018).
Замужем с 2015 г. Супруг - азербайджанский оперный певец Юсиф Эйвазов. Имеет сына Тьяго (род. 2008), отцом которого является Эрвин Шротт.