Anne-Catherine Gillet obtient en 1999 le Diplôme Supérieur de chant opéra avec la plus grande distinction au Conservatoire royal de Liège, dans la classe de Nicolas Christou. Elle se perfectionne actuellement auprès de Madame Isabel Garcisanz.
Elle chante son premier rôle, Barberine (Les Noces de Figaro), à l’Opéra Royal de Wallonie en 1996, puis interprète Gabrielle (La Vie Parisienne) d’Offenbach au Grand Théâtre de Verviers. Elle remporte le Prix de la Vocation de la Communauté Française de Belgique lors du Concours International de Chant de Verviers en 1997, et est lauréate du Concours Voix Nouvelles 1998 à l’Opéra-Comique à Paris.
Sa carrière se déploie rapidement à l’international dans des maisons prestigieuses. Le Théâtre du Capitole de Toulouse l’invite pour de nombreux rôles importants, Sir John Eliot Gardiner la choisit pour le rôle de Laoula/L’Étoile de Chabrier, qu’elle chante à l’Opernhaus de Zurich et à l’Opéra Comique de Paris, avant de faire ses débuts à l’Opéra national de Paris. Durant ses premières années, elle chante : Sophie/Werther, Musetta/La Bohème, Sophie/Der Rosenkavalier, Sœur Constance/Dialogues des Carmélites et Zdenka/Arabella puis aborde Despina/Così fan tutte (Théâtre des Champs-Élysées, Tourcoing, Toulouse, Opéra de Paris-Garnier), Susanna/Le Nozze di Figaro (Nice, Toulouse, Liège) et Micaëla/Carmen (Opéra Comique, Marseille, Pékin). Elle chante aussi les grands rôles baroques (Poppea, Aricie) sous la direction de Christophe Rousset, Ottavio Dantone ou Emmanuelle Haïm et développe une affection particulière pour le répertoire français du XIXe siècle avec les rôles de Cendrillon et de Manon de Massenet, de Juliette de Gounod ou celui de Leïla/Les Pêcheurs de perles.
Anne-Catherine Gillet a travaillé avec nombreux chefs renommés. Parmi sa discographie, citons les enregistrements de L’Aiglon d’Ibert sous la direction de Kent Nagano (Decca, 2016), Barber-Berlioz-Britten avec l’Orchestre Philharmonique Royal de Liège (AEON, 2011), Rodrigo de Haendel (Naïve) et les DVD de Carmen (J. E. Gardiner – FraMusica, 2009) et Werther à Bastille (M. Plasson – Decca, 2010).
En 2022/2023, elle interprète en version de concert La Princesse de Trébizonde d’Offenbach sous la direction de Paul Daniel (Southbank Londres), Les Béatitudes de César Franck avec l’Orchestre Philharmonique Royal de Liège ou Nérine/Les Paladins avec la Chapelle Harmonique (Versailles).