Mirella Freni 1935. február 27-én született Modenában, ugyanaz a dada nevelte őt, mint Luciano Pavarottit, miközben anyáik a helyi dohánygyárban dolgoztak. Ebben a városban debütált első operaszerepében, Micaelát énekelte a Carmenben a Teatro Municipale színpadán tizenkilenc évesen. Tanára, Leone Magiera volt első férje. 1958-ban Mimì szerepét énekelte Puccini Bohéméletében Torinóban, a nemzetközi áttörésére sem kellett sokáig várni: 1960-ban Glyndebourne-ban Adinát énekelte Franco Zeffirelli rendezésében a Szerelmi bájitalban. 1960-62 között Mozart szubrett szerepeit énekelte ugyanitt: Susannát a Figaro házasságában és Zerlinát a Don Giovanniban.
1961-ban Nanettaként mutatkozott be a brit Királyi Opera színpadán a Falstaffban, ugyanebben a szerepben debütált a milánói Scalában két évvel később. 1965-ben pedig bevette a Metropolitan Operát, a New York-i közönség Mimì szerepében ismerhette meg, a kritika és a közönség csendes karizmájáért, megkapó ártatlanságáért éltette.
Annak ellenére, hogy lírikus szopránként ünnepelték, a hetvenes években Verdi komoly operaszerepeivel bővült repertoárja: Elisabetta (Don Carlos), Desdemona (Otello), Amelia (Simon Boccanegra) Leonora (A végzet hatalma) és Elvira (Ernani), valamint az Aida címszerepe maradandó alakításainak bizonyultak. Ekkortájt került repertoárjába a Tosca és a Pillangókisasszony címszerepe is.
Gazdag, könnyen szárnyaló, erőltetésmentes hang volt. Freni bölcsen egyengette karrierjét, soha nem próbálkozott hangján és erején túli feladatokkal. „Sok tekintetben nagylelkű vagyok – nyilatkozta –, de nem fogom tönkretenni a hangom.
Sok énekes azt gondolja, hogy isten, és mindent megtehet. De én mindig őszinte voltam magammal és a lehetőségeimet illetően.”
1975-ben Plácido Domingo mellett főszerepet kapott a Pillangókisasszonyból készült operafilmben, amelyet Jean-Pierre Ponnelle rendezett és Herbert von Karajan vezényelt. Egy évvel később Susanna volt a Figaróban Dietrich Fischer-Dieskau, Dame Kiri Te Kanawa és Hermann Prey oldalán. A rendező mondta róla: „Egy valódi, erős nő, akiben hatalmas költészet rejlik. Minden, amit csinál, valóság.”
A kilencvenes években Freni verista szerepekkel is színpadra lépett: európai nagyvárosokban énekelte az Adriana Lecouvreur címszerepét, Giordano Fedoráját. Orosz operát is énekelt, Tatjána volt az Anyeginben és Lisa A pikk dámában.
1978-ban Nicolai Ghiaurov bolgár basszista felesége lett, közösen állították fel énekakadémiájukat Vignolában, ahol 2002-től mesterkurzusokat tartottak. Férje 2004-es halála után Freni tovább dolgozott a bel canto hagyományainak életben tartásáért. (Itt tanult például a magyar szoprán, Pasztircsák Polina is.) „Ez a hagyomány véget ér. Mirella az utolsó láncszem, utána már nemigen látni, ki következik” – mondta róla Plácido Domingo.
Utoljára 2005-ben lépett színpadra a Washingtoni Nemzeti Operában, a tizenéves Szent Johanna szerepét énekelte Csajkovszkij Az orléans-i szűz című operájában, 70 évesen.
Hosszú betegség és több stroke után, 2020. február 9-én, 85. életévében hunyt el Modenában. Halálhírét menedzsere, J.F. Mastroianni is megerősítette a New York Timesnak.