Estudià música a Wilberforce i posteriorment, gràcies a una beca, pogué ampliar la seva formació a la Juilliard School de Nova York, on tingué a Florence Kimball de professora. En un principi es dedicà als musicals, entre els quals algunes obres de G. Gershwin com ara Porgy and Bess, amb la qual guanyà celebritat, i el 1957 participà, a San Francisco, en l’estrena nord-americana de Dialogues des Carmélites, de F. Poulenc.
La temporada 1958-59 debutà amb èxit en el paper d’Aïda a Verona, a l’Òpera de Viena sota la direcció d’H. von Karajan —amb qui començà una llarga col·laboració—, i al Covent Garden de Londres. El 1960 debuta al Teatro alla Scala de Milà, també amb Aïda.
Compartí escenaris amb Franco Corelli, Birgit Nilsson, Maria Callas, Renatta Tebaldi, Fiorenza Cossotto, entre d’altres grans figures de l’òpera.
El 1961 actuà per primer cop al Metropolitan de Nova York amb Il Trovatore i, a partir de llavors, hi cantà regularment, gairebé sempre amb papers verdians. Ocasionalment, interpretà obres de W.A. Mozart, G. Puccini o P.I. Čajkovskij, a més de compositors contemporanis com S. Barber, de qui el 1966 estrenà Anthony and Cleopatra.
Participà en nombrosos enregistraments, entre els quals destaquen els de l’òpera Aïda, amb les batutes més prestigioses del moment, com E. Leinsdorf o H. von Karajan, entre d’altres. Es retirà el 1985 i només tornà als escenaris el setembre de 2001, amb motiu de l’acte d’homenatge que es celebrà al Carnegie Hall en memòria de les víctimes de les Torres Bessones. Fou la primera cantant afroamericana que es convertí en una gran estrella de l’òpera a nivell mundial. És considerada un referent en la interpretació del repertori verdià, especialment dels papers d’Aïda, Leonora (Il Trovatore) i Desdèmona (Otello).
L’any 2003 rebé la Presidential Medal of Freedom (Medalla Presidencial de la Llibertat), una de les màximes distincions civils dels Estats Units, i el 2008 el Metropolitan Opera Guild li concedí el premi Opera News.