Ailyn Pérez est née le 15 août 1979 à Chicago, de parents mexicains. Elle grandit à Elk Grove Village, dans l’Illinois, et fait ses études à l’Académie d’Art Vocal de Philadelphie et à l’université d’Indiana, dont elle sort diplômée en 2006.

Elle interprète pour la première fois l’un des rôles clé de sa carrière, celui de Violetta Valéry dans La Traviata, à l’Opéra de San Francisco en 2009. L’année suivante, elle fait ses débuts à l’Opéra d’État de Vienne avec ce même rôle et à La Scala de Milan en Amélia Grimaldi dans Simon Boccanegra. En 2011, elle chante le rôle de Gilda dans un extrait de Rigoletto (3ème acte) au Royal Opera House de Londres aux côtés de Plácido Domingo, à l’occasion d’une soirée en l’honneur du ténor espagnol. En 2012, elle est la première femme latino-américaine à recevoir le prestigieux prix Richard Tucker. De retour dans sa ville natale, elle prend le rôle de Pamina pour ses débuts au Festival de Ravinia avant de partir pour Moscou, où incarne pour la première fois Mimì au Théâtre du Bolchoï lors de la saison 2012-2013. Elle revient ensuite en Europe pour prendre le rôle d’Adina dans L’Élixir d’amour de Donizetti à Vienne et celui d’Alice Ford dans Falstaff de Verdi pour ses débuts au Festival de Glyndebourne. Elle chante également pour la première fois à l’Opéra d’État de Berlin une nouvelle fois dans la peau de Violetta. En 2014, elle incarne deux nouveaux rôles au ROH : celui de Manon dans l’œuvre éponyme de Massenet et celui de Liù dans Turandot de Puccini. Cette même année, elle reprend le rôle d’Adina pour ses débuts à l’Opéra National de Washington, revient au Festival de Ravinia en Zerlina dans Don Giovanni, chante pour la première fois à l’Opéra de Houston en Desdemona dans Otello et incarne une nouvelle fois Mimì pour ses débuts à Hambourg. Au cours de l’année 2015, elle fait ses débuts à Zürich en Violetta, au Metropolitan de New York et au Grand Théâtre du Liceu respectivement avec les nouveaux rôles de Micaëla dans Carmen et de Norina dans Don Pasquale, et à Munich en Adina. Elle prend également le rôle de Tatyana Bakst pour la création mondiale de Great Scott de Jake Heggie à l’Opéra de Dallas. En 2016, elle ajoute un rôle mozartien à son répertoire : celui de la Comtesse Rosine Almaviva dans Les Noces de Figaro de Mozart, qu’elle incarne à l’Opéra de Houston. Elle revient au MET cette fois dans en Musette dans La Bohème, et prend le rôle de Juliette dans le Roméo et Juliette de Gounod à l’Opéra de Santa Fe. De retour à Munich l’année suivante, elle y incarne Fiordiligi dans Cosi fan tutte avant de prendre le rôle titre de Thaïs au MET. En 2018, elle fait ses débuts à l’Opéra Lyrique de Chicago en Marguerite dans Faust de Gounod, fait son retour à La Scala en Elvira dans Ernani et chante pour la première fois à la Bastille une nouvelle fois en Violetta. Elle prend deux nouveaux rôles en 2019 : celui de Donna Anna dans Don Giovanni de Mozart à l’Opéra de Houston et celui de Nedda dans Paillasse de Leoncavallo pour ses débuts à l’Opéra national des Pays-Bas. Elle prend le rôle d’Antonia dans Les Contes d’Hoffmann en 2020 à l’Opéra de Paris et celui de Magda de Civry dans La Rondine pour ses débuts à l’Opéra de Florence. En 2021, elle débute au Théâtre San Carlo et au Festival de Vérone en Violetta, et prend les rôle de Tosca à l’Opéra de San Francisco, de la soprano dans le Requiem de Verdi et de Tatyana dans Eugène Onéguine, ces deux derniers au MET. En 2022, elle chante Shéhérazade, le cycle de mélodies pour voix et orchestre de Rave et l’air “Dis-moi que je suis belle” de Thaïs, accompagnée de l’Orchestre Philharmonique de Prague au Rudolfinum (Pragues). Aussi prend-elle les rôles d’Élisabeth de Valois dans Don Carlo et Théâtre San Carlo et de Blanche de la Force dans Le Dialogue des Carmélites au MET. En 2023, elle prend le rôle-titre dans Rusalka de Dvořák à Santa Fe, celui de Madame Butterfly au Théâtre San Carlo de Naples et incarne pour la première fois Florence dans Florencia sur l'Amazone de Daniel Catán au MET dans une version retransmise en direct au cinéma.

En janvier 2024, elle sera à nouveau Madame Butterfly à Houston et Tosca à Hambourg au mois de mars. Enfin, elle interprétera pour la seconde fois Micaëla au MET au mois d’avril.