La soprano Anna Caterina Antonacci naît à Ferrare en Italie le 5 avril 1961. Elle commence ses études au Conservatoire de Bologne et remporte en 1987 le concours Verdi de Parme. Admirée pour sa voix polyvalente, elle est capable d’interpréter une grande variété de rôles de soprano ou mezzo-soprano, qualité idéale pour le répertoire rossinien : elle chante, entre autres, Torvaldo et Dorliska à Savone en 1988, Ermione à Rome, Buenos Aires et San Francisco en 1991 et La Dame du lac à Amsterdam en 1992. Le rôle d’Elcia dans Moïse en Egypte lui permet de faire ses premiers pas à Covent Garden en 1994.

Anna Caterina Antonacci interprète en 1995 Roméo dans Les Capulet et les Montaigu de Bellini à Naples. La chanteuse revient à Rossini avec le rôle d’Angelina dans La Cenerentola en 1996 à Toronto, puis débute à La Scala dans le rôle-titre d'Armide de Gluck. En 1998, elle chante Rosina dans Le Barbier de Séville au Théâtre du Capitole de Toulouse. En 1999, elle interprète Donna Elvira dans Don Giovanni à l'Opéra d'Etat de Vienne. Elle prend en 2001 le rôle de Meg Page dans Falstaff à La Scala, puis débute à Munich dans le rôle-titre de Didon et Enée. Elle est aussi réputée pour ses talents de comédienne : son interprétation de Cassandre dans Les Troyens de Berlioz en 2003 (sous la baguette de John Eliot Gardiner au Théâtre du Châtelet) connaît ainsi un immense succès. En 2004, elle endosse les rôles d’Electra dans Idoménée de Mozart à l’Opéra des Pays-Bas, puis de Néron au Théâtre des Champs-Elysées. En 2005, elle chante le rôle-titre du Couronnement de Poppée de Monteverdi pour ses débuts à l’Opéra de Paris, puis prend le rôle-titre de Médée de Cherubini à Toulouse. Elle prend en 2006 le rôle de Carmen au ROH. Elle retourne à Paris l'année suivante en Vitellia dans La Clémence de Titus, puis de nouveau en 2007 dans celui de Rachel dans La Juive d'Halévy. En 2008, elle prend à La Scala le rôle d'Elisabeth dans Maria Stuarda. 

En 2010, elle prend le rôle de Desdémone dans Otello à Lyon. Les années suivantes, elle alterne concerts et reprises de rôles. En 2015, elle prend les rôles-titres d’Iphigénie en Tauride de Gluck au Grand Théâtre de Genève et de Pénélope de Fauré à l’Opéra du Rhin dans une mise en scène d'Olivier Py. Elle participe aussi à deux œuvres de Massenet puisqu’elle est Chimène dans Le Cid à l’Opéra de Paris et Charlotte dans Werther au Théâtre Colon. En 2016, elle interprète Elle dans La Voix humaine de Poulenc à Liège et se met à nu dans le rôle-titre de Sancta Susanna de Hindemith à l'Opéra de Paris. L'année suivante, elle est Charlotte dans Werther au Liceu de Barcelone. En 2018, elle se rend à Madrid pour chanter Elizabeth dans Gloriana de Britten puis au Festival de Brucknerhaus (en Autriche) et à Versailles pour incarner Marguerite dans La Damnation de Faust. Après Médée de Cherubini, c'est à celle de Charpentier qu'elle prête ses traits en 2019 à Genève. 

En 2020/2021, Anna Caterina Antonacci chantera Marguerite dans La Damnation de Faust à Bonn en septembre, puis elle prendra le rôle de Despina dans Cosi fan tutte à Washington en février.