Après des études de chant au Conservatoire national supérieur de musique et danse de Paris auprès de Rachel Yakar, la soprano colorature Patricia Petibon fait ses débuts à la scène au côté de William Christie. Son répertoire témoigne d’une grande polyvalence, du baroque français à la création contemporaine : elle incarne ainsi Morgana dans Alcina (Händel) à la Scala de Milan, Giunia dans Lucio Silla à Barcelone et Madrid, Blonde dans L’Enlèvement au Sérail à l’Opéra de Zurich, Aspasia dans Mithridate, roi du Pont à Vienne et Munich, ainsi que Despina dans Così fan tutte (Mozart) au Festival de Salzbourg. Ses rôles dans le répertoire romantique comprennent Olympia dans Les Contes d’Hoffmann (Offenbach) à l’Opéra de Vienne et à la Monnaie de Bruxelles et le rôle-titre de Manon (Massenet) à l’Opéra-Comique de Paris, et dans le répertoire moderne, Blanche dans Dialogues des Carmélites (Poulenc) et les rôles-titres de Pelléas et Mélisande (Debussy) au Théâtre des Champs-Élysées et Lulu (Berg) à Genève. Sa collaboration privilégiée avec Nikolaus Harnoncourt, notamment dans Lucio Silla à Vienne, demeure un jalon important de sa carrière.
Ses engagements récents comprennent le rôle d’Elle dans La Voix humaine (Poulenc) à l’Opéra national du Rhin, Mélisande avec Iván Fischer et l’Orchestre du Festival de Budapest ainsi que Despina au Théâtre du Châtelet. En concert, elle se produit avec l'ensemble baroque Amarillis dans Destins de reines et Flammes de magiciennes en France et dans le monde (Corée du Sud notamment). En récital, elle chante à Vienne, Strasbourg, Bordeaux et Madrid au côté de la pianiste Susan Manoff et du violoncelliste Christian-Pierre La Marca. Cette saison, elle interprète la Femme et Elle dans La Voix humaine (Poulenc) et Point d’Orgue (Thierry Escaich) au Théâtre des Champs-Élysées. Très engagée auprès des jeunes artistes, elle a fondé avec Héloïse Gaillard l’Académie internationale Les Chants d’Ulysse à l’Abbaye de Fontevraud et au théâtre Le Dôme de Saumur. Elle intervient aussi régulièrement en master classes – récemment, au festival LIEDBasel (Bâle) et au Festival Ravel (Pays basque). Ancienne artiste exclusive Deutsche Grammophon, elle a publié des enregistrements consacrés à Gluck, Mozart et Haydn, au baroque italien, au répertoire espagnol ainsi qu’au répertoire de la mélodie française. Ses derniers disques, L’Amour, la mort, la mer et La Traversée, sont parus sous le label Sony Music.

À l’Opéra de Lyon, elle incarne notamment Sophie dans Le Chevalier à la rose (R. Strauss) en 2002-2003, le rôle-titre de Pelléas et Mélisande (Debussy) dans la mise en scène de Peter Stein (2003-2004) et se produit en récital.