Nascuda en una família de tradició musical, era besneta del compositor Errico Petrella i neboda de la també soprano Olivia Petrella. Estudià cant a Milà amb la seva germana Micaela i la soprano Giulia Tess. Debutà el 1939 en el paper de Mimì a La bohème, al Teatro Puccini de Milà. Durant la Segona Guerra Mundial cantà en diversos teatres italians i el 1947 actuà per primera vegada en un paper protagonista al Teatro alla Scala de Milà, interpretant Giorgetta a Il tabarro (Puccini), escenari on continuà actuant regularment durant vint anys.
Gran intèrpret d’òpera italiana, s’especialitzà en el repertori verista de compositors com Puccini, Mascagni, Cilea i Leoncavallo. En les seves interpretacions posava un èmfasi especial en els aspectes dramàtics dels personatges, una característica que li valgué el renom de “la Duse de les sopranos”, en honor a la gran actriu Eleonora Duse.
Cal destacar l’estrena d’obres de compositors italians del segle XX, entre les quals The Consul (la Scala de Milà, 1951), de Gian Carlo Menotti; L’uragano (1952), de Lodovico Rocca; La figlia di Iorio (1954), d’Ildebrando Pizzetti, i Madame Bovary (1955), de Guido Pannain, a més de l'impuls a altres autors com Italo Montemezzi i Renzo Rossellini.
Esporàdicament actuà en teatres suïssos i també de l’Amèrica del Sud. El 1952 es presentà al Liceu de Barcelona amb Il console. Enregistrà diverses òperes completes, entre les quals Manon Lescaut, Madama Butterfly, Il tabarro, Pagliacci i L’amore dei tre re. Es retirà dels escenaris el 1973.