Sul piano internazionale, ha esordito nel dicembre 1979 al Metropolitan Opera House come Gilda, rimanendo quindi attiva per un quindicennio, con grande successo, sulle scene newyorkesi, sia nel principale teatro lirico, sia alla Carnegie Hall, dove è apparsa per la prima volta nel 1981 come protagonista della Lakmé. Il suo esordio viennese alla Staatsoper risale al 1984, ancora con Rigoletto, mentre quello alla Salle Favart, all'interno cartellone dell'Opéra, è avvenuto nel 1987, con Elvira de I puritani. L'anno successivo è stata la volta della Royal Opera House di Londra, dove è stata Costanza nel Ratto dal serraglio di Mozart.
Dopo quasi trent'anni di successi sui palcoscenici di tutto il mondo con un repertorio sostanzialmente da soprano lirico-leggero e di coloratura, la carriera della Devia è proseguita a lungo nel terzo millennio, tant’è che il ruolo di Lucia di di Lammermoor l’ha affrontato almeno 350 volte. Dotata di una tecnica raffinatissima che le ha consentito di affrontare numerose eroine, è considerata un esempio tangibile per intere generazioni di cantanti, ed è ammirata da numerose sue colleghe, per la serietà professionale e per l’uso perfetto della voce. Altri suoi personaggi sono Lucrezia Borgia, Maria Stuarda al Teatro dell'Opera di Roma, Anna BolenaElisabetta nel Roberto Devereux. Dopo di allora questi ruoli hanno praticamente monopolizzato le sue esibizioni nei grandi teatri dell'Europa meridionale (principalmente Italia e Spagna), insieme all'ultima, e forse più clamorosa, acquisizione del suo nuovo repertorio: il 13 aprile del 2013, all'indomani del compimento del suo sessantacinquesimo compleanno, la Devia ha infatti debuttato nella temibile parte di Norma, al Teatro Comunale di Bologna, facendo in seguito di tale ruolo quello addirittura da lei più eseguito, seppur nell'ambito di un numero di apparizioni teatrali complessivamente limitato a non più di tre o quattro titoli l'anno.
Dopo un'assenza durata molti anni, il 5 giugno del 2014, la Devia ha anche fatto una trionfale rentrée di fronte al pubblico di New York, alla Carnegie Hall, con una rappresentazione in forma di concerto del Roberto Devereux. Una vita in teatro trascorsa di successo in successo, per la quale Mariella Devia è considerata tra i maggiori soprani degli ultimi cinquant'anni. Si è sempre dedicata all'insegnamento del Belcanto, temuta e amata al tempo stesso per il rigore con cui ha trasmesso ai giovani la capacità di sentire i personaggi più popolare dei compositori italiani ed erueopei. successo si è ripetuto, due anni dopo, con la medesima opera in forma di concerto, in tutt'altra parte del mondo, a Mosca, di fronte al pubblico della Čajkovskij Concert Hall.
Nella seconda meta del 2017 la Devia ha voluto portare Norma in diverse città del Giappone (al Teatro Nissay di Tokio nel mese di luglio, e poi a Kawasaki e Ōtsu in ottobre), in quella che è apparsa quasi come una forma di compensazione per un progetto andato a monte una quindicina di anni prima, e cioè di effettuare proprio in terra nipponica il tanto atteso debutto nel ruolo.
Nel 2016 le è stato conferito l'International Opera Awards; nel 2018 è stata insignita del premio "Una vita per la musica"; nel 2019 il "Premio Internazionale Arca d'Oro, Sapere Aude".
