Ольга Перетятько родилась в Санкт-Петербурге. С 15 лет пела в детском хоре Мариинского театра. Окончила музыкальное училище при Санкт-Петербургской государственной консерватории имени Н. А. Римского-Корсакова и Санкт-Петербургский государственный университет культуры и искусств по специальности «хоровое дирижирование». Продолжила образование в Высшей школе музыки имени Ханса Айслера в Берлине, затем совершенствовалась в оперных студиях Гамбургской государственной оперы и Академии Россини в Пезаро (Италия). Завоевала призы нескольких международных конкурсов, среди которых «Опералия» Пласидо Доминго в Париже (2007, II премия).
С тех пор певица выступает в крупнейших оперных театрах и концертных залах мира, на самых престижных фестивалях. Она пела в Берлинской, Баварской и Венской государственных операх, Большом театре России, лондонском Королевском театре Ковент-Гарден, Театре Елисейских Полей в Париже, Лионской опере, нью-йоркской Метрополитен-опере, миланском театре Ла Скала, театрах Вероны, Венеции, Палермо, Лозанны, Цюриха, Амстердама, Лилля, Торонто. Участвовала в фестивалях в Зальцбурге, Экс-ан-Провансе, Бремене, Пезаро (фестиваль Россини), «Флорентийский музыкальный май», Нанте («Безумный день»), Баден-Бадене (Пасхальный фестиваль) и многих других.
В репертуаре певицы – Адина и Лючия («Любовный напиток» и «Лючия ди Ламмермур» Доницетти), Джильда и Виолетта («Риголетто» и «Травиата» Верди), Джульетта («Капулети и Монтекки» Беллини), Марфа («Царская невеста» Римского-Корсакова), Цербинетта («Ариадна на Наксосе» Р. Штрауса), Юния («Луций Сулла» Моцарта), Фиорилла и Матильда («Турок в Италии» и «Матильда ди Шабран» Россини), Альцина в одноименной опере Генделя и многие другие партии.
Ольга Перетятько сотрудничала со многими известными режиссерами и дирижерами, в числе которых Робер Лепаж, Вим Вендерс, Дмитрий Черняков, Валерий Гергиев, Юрий Темирканов, Зубин Мета, Лорин Маазель, Альберто Дзедда, Даниэль Баренбойм, Кирилл Петренко, Марк Минковски, Дмитрий Лисс.
В июле 2014 года приняла участие в гала-концерте Salut à la France, посвященном Дню взятия Бастилии, на Марсовом поле в Париже. Событие привлекло аудиторию в 600 тысяч человек и несколько миллионов телезрителей. В вашингтонском Кеннеди-центре с Национальным симфоническим оркестром исполнила «Четыре последние песни» Р. Штрауса. Эта же программа была представлена ею в ходе турне по Китаю с Симфоническим оркестром Монреаля под управлением Кента Нагано. Концертная запись цикла, осуществленная с участием певицы в Нанте, регулярно транслируется французско-немецким телеканалом ARTE.
Артистка выпустила под лейблом Sony Classical шесть альбомов, получивших множество престижных наград, включая OPUS Klassik (2018), ECHO Klassik (2015) и премию имени Франко Аббьяти от итальянских музыкальных критиков. Видеозаписи оперных постановок с фестиваля Россини в Пезаро («Матильда ди Шабран», «Сигизмунд» и «Шелковая лестница») с участием Ольги Перетятько были изданы фирмами DECCA, Arthaus Musik и Opus Arte.
Последний по времени диск «Песни для Майи» («Мелодия») певица посвятила своей дочери, родившейся в январе 2021 года. В альбом вошли 23 колыбельные – от миниатюр Моцарта, Брамса, Чайковского, Вагнера и Гершвина до древних этнических напевов. Центральным номером альбома стала композиция «Мантра», созданная Ольгой Перетятько и ее концертмейстером Семёном Скигиным.
В числе ангажементов сезона 2023/24 – опера «Трубадур» Верди в концертном исполнении (дебют в партии Леоноры) на фестивале в Бремене, открытие сезона Парижской филармонии («Колокола» Рахманинова с Оркестром де Пари), сольные концерты на Фестивале имени Джордже Энеску в Бухаресте и в Театре сарсуэлы в Мадриде, «Турок в Италии» Россини (Фиорилла) в Цюрихской опере, «Ласточка» Пуччини (дебют в партии Магды) в Королевском театре в Турине, «Идоменей» Моцарта (Электра) и «Искатели жемчуга» Бизе (Лейла) в Берлинской государственной опере, концертная программа «Моцарт и Сальери» с Датским камерным оркестром под управлением Адама Фишера на фестивале «Неделя Моцарта» в Зальцбурге, «Норма» Беллини (дебют в заглавной роли) в Гамбургской государственной опере и новая постановка «Дон Жуана» Моцарта (Донна Анна) в Муниципальном театре Болоньи.