La mezzo italienne Cecilia Bartoli naît le 4 juin 1966 à Rome. Ses deux parents sont chanteurs lyriques, son père étant ténor dramatique et sa mère soprano lyrique. Cette dernière devient sa première et unique professeure de chant dès son plus jeune âge, remarquant très tôt le talent de sa fille. A huit ans seulement, elle apparaît sur scène en pâtre dans Tosca de Puccini à Rome. Cependant, adolescente, elle n’envisage pas sérieusement une carrière dans l’opéra, se rêvant plutôt danseuse de flamenco. À dix-sept ans, elle s’inscrit pourtant au Conservatoire Sainte-Cécile de Rome où elle reçoit des leçons de trombone.

Sa carrière démarre très tôt : elle est remarquée dans des émissions de télévision française et italienne. Elle fait ses débuts professionnels aux Arènes de Vérone en 1987. L’année suivante, elle chante Rosine dans Le Barbier de Séville de Rossini à l’Opéra de Cologne et Cherubino dans Les Noces de Figaro de Mozart à l’Opéra de Zurich (où elle élit résidence) sous la direction de Nikolaus Hernoncourt, qui a un fort impact sur sa carrière. En 1990, elle fait ses débuts à l’Opéra de Paris en Chérubino dans Les Noces. L’année suivante, c’est La Scala qui lui ouvre ses portes : elle y chante Isolier dans Le Comte Ory. En 1992, elle débute au Festival Rossini de Pesaro, dans L’Echelle de soie, ainsi qu’au Met dans Cosi fan Tutte, sous les traits de Despina. L’année suivante, elle y retourne dans l’un de ses rôles emblématiques, le rôle-titre de La Cenerentola de Rossini. En 1994, elle débute à l'Opéra d'Etat de Vienne en Despina (Cosi fan tutte). Parmi les rôles de soprano inscrits à son répertoire figure Susanne dans Les Noces de Figaro à l’Opéra allemand de Berlin en 2000.

Elle s’illustre dans le répertoire baroque, chantant Eurydice et le Génie dans L’Anima del filosofo d’Haydn pour ses débuts au Royal Opera House en 2001. Elle chante Cléopâtre dans Giulio Cesare de Haendel, rôle habituellement réservé aux sopranos coloratures, à Zurich avec Marc Minkowski en 2005, année où elle interprète Fiorilla dans Le Turc en Italie au ROH. Elle récidive dans ce répertoire et dans le même théâtre en 2007 avec Semele. Son implication dans le baroque et le bel canto ne se limite pas au chant, puisqu’elle réalise un véritable travail d’érudition pour exhumer des œuvres oubliées. Elle chante ainsi en 2008 à Zurich le rôle-titre de Clari de Halévy, composé pour la Malibran et depuis oublié. L'Italienne réalise le premier enregistrement de La Somnambule de Bellini avec une mezzo dans le rôle-titre, avec Juan Diego Florez en Elvino. En 2010, elle est l’une des premières mezzos à chanter le rôle-titre de Norma de Bellini, en version concert à l’Auditorium de Dortmund. En 2011, elle chante dans Le Comte Ory, cette fois-ci en Comtesse Adèle, à Zurich. 

En 2012, elle devient Directrice artistique de l’édition de Pentecôte du Festival de Salzbourg, pour un mandat de cinq ans. Elle s’y produit chaque année, dans des mises en scène reprises à l’été, la première année en Cléopâtre dans Giulio Cesare, la deuxième année en Norma (sa première incarnation sur scène du rôle) et la troisième année dans La Cenerentola. En 2014, elle interprète Iphigénie en Tauride de Gluck à Salzbourg et Alcina à Zurich. Norma la mène à Baden-Baden en 2016. En 2017, elle y donne le rôle-titre d'Ariodante de Haendel (où elle apparaît en chevalier barbu), ainsi qu'une version concert de La Dame du lac de Rossini (Elena). En 2018, de retour à Salzbourg, elle campe Isabella dans L'Italienne à Alger (Rossini). Elle est nommée en 2019 à la tête de l'Opéra de Monaco pour un début de mandat en 2023. En 2021, elle débute en récital aux Chorégies d'Orange.

En 2021/2022, Cécilia Bartoli continuera de se produire dans de nombreux concerts et récital, notamment avec l'ensemble des Musiciens du Prince, qu'elle dirige. Elle retrouvera Fiorilla dans le Turc en Italie à Monte-Carlo en janvier, puis Isabella dans L'Italienne à Alger à Zürich en mars. Elle fera en juin son retour à l'Opéra de Vienne après 28 ans d'absence dans le rôle-titre de la Cenerentola.