Nel 2002 ha vinto il concorso di canto Operalia a Parigi e ha cantato Desdemona (Otello) all'Opera di Los Angeles. Seguono partecipazioni al Teatro alla Scala, al Metropolitan Opera di New York, alla Royal Opera House Covent Garden di Londra, alla Bavarian State Opera, al Teatro Bolshoi, al Théâtre des Champs-Elysées di Parigi e ai teatri d'opera di San Francisco, Vienna, Madrid, Berlino, Bruxelles, Torino, Venezia, Napoli, Amsterdam, Amburgo e al Festival di Aix-en-Provence, tra gli altri.  

Carmen Giannattasio ha lavorato con celebri direttori d'orchestra come Paolo Arrivabeni, Maurizio Benini, James Conlon, Myung-Whun Chung, Diego Matheuz, Zubin Mehta, Sir Antonio Pappano, Daniele Rustioni, Pinchas Steinberg e Omer Meir Wellber.  

Da quando è stata scelta come protagonista di nuove importanti registrazioni di belcanto da Opera Rara, che promuove opere del XIX secolo raramente eseguite, si è distinta ne La donna del lago di Rossini, Parisina di Donizetti e, in particolare, Ermione di Rossini - un'interpretazione che le ha fatto guadagnare il plauso della critica più autorevole di tutto il mondo, e la registrazione ha vinto il Gramophone Opera Award 2011. Le sue registrazioni con l'etichetta inglese includono anche Il Pirata di Bellini (2010) e Caterina Cornaro di Donizetti (2011).  

Con un repertorio che comprende principalmente opere di Donizetti, Verdi, Tchaikovsky, Puccini, Mascagni, Carmen Giannattasio è attualmente impegnata in Tosca al Teatro dell'Opera di Roma mentre i progetti futuri includono: Eugene Onegin al Teatro Massimo di Palermo; Trittico, La Gioconda e Tosca di Puccini alla Deutsche Oper di Berlino; Aida a Oviedo; serie di concerti a Madeira; Concerto di Gala alla Carnegie Hall di New York.