1959. február 14-én látta meg a napvilágot Indianában. Szülei zenetanárok, ő maga a New York-i Állami Egyetemen folytatott zenei tanulmányokat, miközben bárokban lépett fel egy dzsessztrióval. Fulbright-ösztöndíjjal Európában tanult mások mellett Elizabeth Schwarzkopftól, majd a legendás Juilliard Schoolban diplomázott énekesként. Első főszerepét 1986-ban a salzburgi színházban Mozart Szöktetés a szerájból című operájában kapta.
Két évvel később megnyerte a Metropolitan opera fiatal tehetségek számára kiírt versenyét, ezután a houstoni, a New York-i operaházban, majd a londoni Covent Garden színpadán is bemutatkozhatott, s megkapta a jelentős nemzetközi karrier küszöbén álló tehetségeknek odaítélt Richard Tucker-díjat. A cseh felmenőkkel rendelkező Fleming 1990-ben énekelte először a pályafutásán meghatározó fontosságú Dvořák-opera, a Ruszalka címszerepét.
Bár a Ruszalka nem tartozik a leggyakrabban játszott operák közé, ő számtalanszor lépett fel benne, s azt mondta: egyike annak a tíz szerepnek, amelyet akár személyesen neki írhattak volna.
A Met közönségét 1991-ben beugróként hódította meg a Figaro házassága grófnőjeként, ebben a szerepben debütált az év folyamán San Franciscóban, majd a bécsi operaházban (1993) és a glyndebourne-i fesztiválon (1994). 1993-ban a milánói Scalában Mozart Don Giovannijában Donna Elviraként, három évvel később a bayreuthi fesztiválon A nürnbergi mesterdalnokok Évájaként kápráztatta el hangjával a közönséget. Egyik leghíresebb szerepét, a tábornagynét Richard Strauss A rózsalovagjában mintegy hetvenszer énekelte, utoljára két éve.
A világ egyik legünnepeltebb dívája a leghíresebb operaházak és a legnagyobb fesztiválok visszatérő vendége. Saját bevallása szerint a nagy karmesterek közül sokat köszönhet Solti Györgynek, aki a legtehetségesebb szopránnak nevezte. „Ha hibáztam a ritmusban, a vállamat ütögetve terelt a helyes útra” – mesélte, hozzátéve, hogy Solti nyitotta ki előtte a világszínpadot. Az énekesnő kétszer járt Magyarországon: 2011-ben koncertprogrammal vett részt az Operaház Májusünnepén, 2017-ben ária- és dalestet adott az Erkel Színházban.
Több mint 50 operát felölelő széles repertoárja 300 év szerzőit foglalja magában, Händeltől Mozarton át a kortárs komponistákig, André Prévin például kifejezetten az ő hangjára és karakterére írta Tennessee Williams drámája alapján készült operája, A vágy villamosa Blanche szerepét.
A kritikusok kifinomult, senkihez sem hasonlítható hangját és egyedülálló stiláris sokoldalúságát ismerik el, kiemelve „hangi intelligenciáját” és „zenei gráciáját”. Koncertprogramja és repertoárja kiválasztásában maga dönt, s mivel a legkülönfélébb műfajokban nyújt kimagaslót a klasszikus zenétől a dzsesszen át a sanzonokig, a „nép dívájának” is szokták nevezni. Érdekesség, hogy a komolyzene előtt a dzsessz műfajában próbálta ki magát, s egyszer így fogalmazott: „a dzsesszben improvizálni kell, aprópénzre kell váltanod magad”, de a klasszikus zenét tartja kifinomultabbnak.
Dolgozott Elton Johnnal, Joan Baezzel, az izlandi énekesnő Björkkel, a többi közt előadta Leonard Cohen, Peter Gabriel és a Muse brit rockbanda dalait. Dark Hope című albumán rockzenét dolgozott fel érzelmes és könnyű hangvételben, Sophisticated Ladies című lemezén olyan "dzsesszdívákkal" énekelt, mint Cassandra Wilson, Diana Krall és Norah Jones. Hangja olyan filmekben hallható, mint A Gyűrűk Ura: A király visszatér, a Három óriásplakát Ebbing határában és A víz érintése.
Az opera- és koncertpódiumok mellett énekelt a 2006-os Nobel-békedíj átadáson, a 2008-as pekingi olimpiai játékokon, Barack Obama amerikai elnök beiktatásán, és a néhai cseh elnök, Václav Havel meghívására a bársonyos forradalom 20. évfordulóján rendezett prágai ünnepségen. Fellépett II. Erzsébet brit királynő uralkodásának gyémántjubileumán, s 2014-ben első operaénekesként ő adta elő az amerikai himnuszt a Super Bowlon.
A négyszeres Grammy-díjas énekesnő a Chicagói Lyric Opera és a Kennedy Center művészeti tanácsadója. Művészete elismeréseként megkapta a francia Becsületrendet, a Polar-díjat, és 2008-ban az ő gálaelőadásával kezdődött a New York-i Metropolitan opera szezonja, háziasszonyként is nagy szerepet vállal a Met Magyarországon is látható élő operaközvetítéseiben. 2012-ben megkapta a Fulbright életműdíjat, Németországban az év énekesnőjének járó Echo Klassik-díjat és a Nemzeti Művészeti Érdemérmet, a legmagasabb amerikai művészeti kitüntetést. 2013-ban bekerült a Gramophone Hírességek Csarnokába. A sokoldalú énekesnőt egy Broadway-musicalben nyújtott alakításáért a színházi Oscarnak nevezett Tony-díjra is jelölték. Tavaly szeptemberben az ír gyökerekkel rendelkező John McCain amerikai szenátor temetésén az elhunyt kérésére a Danny Boy című ír dalt énekelte.
Fleming híres eleganciájáról, érzékeny a társadalmi problémák iránt, s a fiatalok képzése a szívügye. Daniel Boulud sztárséf desszertet alkotott a tiszteletére La Diva Renée néven, saját parfümmárkája (La Voce) van, s tavaly óta nevét aszteroida is őrzi. Magyarul is megjelent A belső hang című könyve.
Az MTVA Sajtóadatbankjának portréja.