Comenzó su carrera artística como conserje en el Teatro Mariinski de San Petersburgo (sede de la Ópera Kírov),1​ donde llamó la atención del director de orquesta Valeri Guérguiev y en consecuencia se hizo su mentor musical.2​ Guiada por Guérguiev, debutó en el Mariinski como Susana en Las bodas de Fígaro. Siguió cantando papeles destacados con la Ópera Kírov, incluyendo Amina en La sonnambula, Pela en La flauta mágica, Rosina en El barbero de Sevilla, y Lucía Di Lammermoor en Lucia di Lammermoor.En 1995, con veinticuatro años, debutó en Estados Unidos, como Ludmila, en la ópera de Mijaíl Glinka Ruslán y Liudmila en la Ópera de San Francisco. Después de su exitosa representación, se convirtió en frecuente 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 Compromiso en un monasterio y Marfa en La novia del zar.La voz de Netrebko se caracteriza por tener la suavidad y biografía de flexibilidad de una soprano lírica y la resonancia y oscuro timbre de una soprano lírico spinto. Maneja una amplia tesitura, siendo capaz de alcanzar el Mi bemol sobreagudo de soprano e incluso fa más agudo. Esto le ha permitido cantar personajes como Elvira en I Puritani de Bellini y una alabada Susanna en Las bodas de Fígaro en Salzburgo bajo la dirección de Nikolaus Harnoncourt.Actuó junto al tenor Plácido Domingo y Rolando Villazón en julio de 2006, con motivo del Mundial de Alemania. La prensa alemana y austríaca han denominado a la pareja Netrebko-Villazón "la pareja soñada de la ópera" (Traumpaar).En diciembre de 2014, Anna Netrebko entregó un cheque por valor de un millón de rublos (18 500 dólares) para ayudar al Teatro de Ópera y Ballet de Donetsk de la Academia Estatal de Donetsk Anatoli Solovyánenko. La cantante hizo entrega de su donación al presidente del Parlamento de la autoproclamada Unión de Repúblicas Populares de Lugansk y Donetsk, Oleg Tsariov.Netrebko cantó el himno de Rusia en la inauguración de los Juegos Olímpicos de invierno de 2014 en Sochi, causando polémicas y una protesta en el Metropolitan Opera de Nueva York, con opositores rusos que protestaron contra ella y Guérguiev la noche de estreno de Eugenio Oneguin.En marzo de 2007 Netrebko anuncia que es embajadora de la organización Aldeas Infantiles SOS en Austria, y será patrocinador de la localidad rusa de Tomilinor.