Née à Rennes, Stéphanie d'Oustrac étudie le chant au CNSM de Lyon, où elle obtient le premier prix en 1998. Dans le cadre de sa formation, elle a l'occasion d'aborder différents opéras (L'enfant et les Sortilèges de Ravel, Didon et Enées de Purcell, Une Education manquée de Chabrier) et oratorios (La Création de Haydn, La Passion selon Saint Matthieu de Bach).
En octobre 1998, Stéphanie d'Oustrac est retenue pour le rôle de Médée dans Thésée de Lully, que William Christie dirige à l'Académie d'Ambronay, puis en tournée. Le fondateur des Arts Florissants lui confie ensuite le rôle-titre d'un autre ouvrage de Lully, Les Métamorphoses de Psyché, mis en espace par J.M. Villégier, à Cherbourg, Lyon, Caen, Bordeaux, ainsi qu'à l'Opéra Comique.
L'année 1999, après Pénélope de Fauré à l'Opéra de Rennes, est marquée par la résurrection de La Purpura de la Rosa de Torrejon y Velasco (le premier opéra créé en Amérique latine, en 1701), sous la baguette de Gabriel Garrido, d'abord au Grand Théâtre de Genève, puis au Teatro de la Zarzuela de Madrid.
Début 2000, Stéphanie d'Oustrac participe à la tournée de la trilogie des opéras de Monteverdi dirigée par Jean-Claude Malgoire, Puis, elle incarne Zerline de Don Giovanni à Rennes et à Tours, avant de retrouver William Christie au Festival d'Aix en Provence, pour Il Ritorno d'Ulisse in patria de Monteverdi. Elle a été très remarquée en interprétant Didon dans Didon et Enée de Purcell en tournée en Europe et aux Etats-Unis avec les Arts Florissants, mis en scène par Vincent Boussard (Parution d’un DVD).
Elle interprète Cherubino dans Le Nozze di Figaro à Saint-Etienne, Mercedes dans Carmen à l’Opéra de Paris, le rôle titre de La Périchole à l’Opéra de Marseille, à Nancy et à Caen, mis en scène par Laurent Pelly, le rôle de Nicklausse dans Les Contes d’Hoffmann à Lausanne sous la direction de Marc Minkowski et Laurent Pelly, le rôle de Didon dans Didon et Enée de Purcell, le rôle titre de Phaedra de Britten à l’Opéra de Nancy,mis en scène par Yannis Kokkos et Cherubino dans Le Nozze di Figaro à Montpellier. En 2003, elle chante le rôle d’Ascagne dans les Troyens de Berlioz sous la direction de Sir John Eliot Gardiner au théâtre du Châtelet(DVD).
Elle participe à La Belle Hélène (Oreste) et Les Paladins (le rôle d’Argie) au Théâtre du Châtelet, à l’Opéra de Caen, au Barbican de Londres et à Shangai, aborde le rôle titre de Médée de Charpentier à Metz, Lyon et Versailles (DVD) et reprend le rôle-titre de La Périchole à Montpellier.
Elle chante Sosarme à Saint-Gallen, La Clémence de Titus au Festival d’Aix-en-Provence, à l’Opéra de Baden-Baden et au Grand Théâtre du Luxembourg, Don Giovanni, Phaedra, Didon et Enée à l’Opéra de Marseille, Callirohé à l’Opéra de Montpellier, Proserpine de Lully à la Cité de la Musique, Alceste de Lully avec La Grande Ecurie et la Chambre du Roi, Alcina (Ruggiero) à l’Opéra de Lyon, Argie (Les Paladins) à Athènes, au Théâtre du Châtelet et au Japon, le rôle titre de La Belle Hélène à l’Opéra National du Rhin, Sextus (Giulio Cesare) à l’Opéra de Nancy, Lazuli (L’Etoile de Chabrier) à L’Opéra Comique, Sesto (Giulio Cesare) à l’Opéra de Marseille.
Plus récemment, elle interprète le rôle d’Armide (Armide de Lully) au Théâtre des Champs Elysées,Sesto (Giulio Cesare) au Festival de Glyndebourne, le rôle titre de la Périchole à l’Opéra de Lille, à l’Opéra Angers-Nantes et à l’Opéra de Rennes La Voix Humaine au Capitole de Toulouse, Carmen à l’Opéra de Lille et à l’Opéra de Caen, La Belle Hélène à Angers-Nantes Opéra et Mère Marie de l’Incarnation (Dialogue des Carmélites) à l’Opéra d’Avignon.
En concert, Stéphanie d'Oustrac a notamment interprété le Requiem de Franz von Suppé à l'Auditorium Maurice Ravel de Lyon, Les nuits d'été de Berlioz au Festival de Deauville, dirigées par Christopher Hogwood et se produit dans de nombreux récitals de lieder et mélodies en France et à l'étranger. Elle vient de participer à une série de concerts à la Philharmonique de Berlin avec les Arts Florissants, au Requiem de Mozart dirigé par Myung-whun Chung au Festival de St-Denis et Les nuits d’été avec l’Orchestre National de Lyon.
Parmi ses projets : Cybèle (Atys) à l’Opéra-Comique, à l’Opéra de Bordeaux et à l’Opéra de Caen, Sesto (La Clémence de Titus) et Juliette (Roméo et Juliette de Berlioz) à l’Opéra de Paris, Idamante (Idomeneo) à l’Opéra d’Amsterdam, Conception (L’Heure Espagnole) au Festival de Glyndebourne, ainsi que de nombreux concerts.
Stéphanie d'Oustrac en 2001 a remporté le concours des Radios Francophones et a été nommée «révélation de l’année» aux Victoires de la Musique 2002.