Desirée Rancatore commence sa formation musicale par le piano et le violon avant de se tourner vers le chant à l'âge de 16 ans, en suivant les cours de Margaret Baker Genovesi à Rome. Trois ans plus tard, elle fait ses débuts au Festival de Salzbourg dans le rôle de Barbarina des Noces de Figaro. Elle remporte plusieurs prix de chants dont, en 1996, le Premier prix du concours Maria Caniglia. En 1997, elle participe à l'ouverture de la saison du Teatro Regio de Parme dans L'Arlesiana de Cilea.
Depuis, elle connait une carrière internationale en se produisant sur les scènes du monde entier.
Elle a été de nouveau invitée au Festival de Salzbourg pour l'enlèvement au sérail (Blonde), Don Carlo (Voce dal cielo), Jeanne d'arc au bûcher, Piramo e Tisbe (Tisbe) ainsi que plusieurs concerts au Mozarteum.
Elle fait ses débuts au Covent Garden de Londres dans le rôle de Nannetta de Falstaff. Le rôle d'Olympia (les contes d'Hoffmann) lui ouvre les portes de l'Opéra National de Paris, de l'Opéra de Zurich, du Teatro Massimo de Palerme, de l'Opéra de Rome, des Teatro Regio de Turin et de Parme, du Capitole de Toulouse, de la Scala de Milan, du Teatro Sferistero de Macerata et du Staatsoper de Vienne, ou elle chante également Gilda de Rigoletto et Elvira des Puritains.
Elle interprète aussi les rôles de Lucia dans Lucia di Lammermoor, de la Reine de la nuit de La Flûte enchantée, de Lakmé, dans l'opéra du même nom ou encore d'Adina dans L'Elixir d'amour.
