Evelyn Herlitzius stammt aus Osnabrück. Ihre musikalische Ausbildung erhielt sie an der Hochschule für Musik und Theater in Hamburg. Beim Meistersinger-Wettbewerb in Nürnberg gewann sie 1993 den 1. Preis. Bevor die Künstlerin an die Sächsische Staatsoper Dresden engagiert wurde, gastierte sie u. a. als Leonore (»Fidelio«) bei den Bregenzer Festspielen 1996 und an der Bayerischen Staatsoper München (Henze: »Venus und Adonis«).
An der Sächsischen Staatsoper Dresden debütierte die Sängerin 1997 als Leonore. Seitdem ist sie mit diesem traditionsreichen Opernhaus eng verbunden. In Dresden interpretierte sie viele große Partien ihres Fachs wie Isolde (»Tristan und Isolde«), Sieglinde (»Die Walküre«), Brünnhilde in »Die Walküre«, »Siegfried« und »Götterdämmerung«, Kundry (»Parsifal«), Salome (»Salome«), Färberin (»Die Frau ohne Schatten«), sowie die Titelpartien von »Elektra« und »Turandot«.
Die Künstlerin ist Gast der bedeutenden Bühnen und internationalen Sinfonieorchester und Festspiele im In- und Ausland, so u. a. an den Staatsopern in Berlin, München und Wien, in Monte-Carlo, Bilbao, der Deutschen Oper am Rhein, der Deutschen Oper Berlin, dem Teatro alla Scala in Mailand, dem Théàtre Royal de la Monnaie in Brüssel, der Opéra national de Paris, der Nederlandse Opera Amsterdam und dem Gran Teatre del Liceu in Barcelona. Sir Simon Rattle engagierte Evelyn Herlitzius für Schönbergs »Erwartung« mit den Berliner Philharmonikern, für deren Gastspiel in New York (2009) und für konzertante Aufführungen von »Die Walküre« (Brünnhilde) in Berlin (2012). Für die Spielzeit 2017/18 sind Debüts an der Metropolitan Opera in New York und an der San Francisco Opera vorgesehen.
Ihr Debüt bei den Bayreuther Festspielen gab Evelyn Herlitzius 2002 mit der Brünnhilde, die sie dort auch 2003 und 2004 übernahm. 2006 und 2007 sang sie Kundry (»Parsifal«) sowie 2010 Ortrud in der Neuinszenierung des »Lohengrin«. Ihre Festspielerfahrungen sind: Bayreuther Festspiele 2015: »Tristan und Isolde« (Isolde). Salzburger Festspiele 2011: »Die Frau ohne Schatten« (Färberin), Festival d’Aix-en-Provence 2013: »Elektra« (Titelpartie mit Patrice Chéreau und Esa-Pekka Salonen), »Lear« (Goneril) 2017.
2002 wurde Evelyn Herlitzius zur Kammersängerin ernannt. Sie ist Trägerin des Christel-Goltz-Preises (1999) und des Deutschen Theaterpreises »Faust« (2006). Zudem erhielt sie den Opera Award London für die »Elektra«-Produktion in Aix-en-Provence (2013). 2014 wurde sie erneut mit der Verleihung des Deutschen Theaterpreises »Faust« geehrt und wurde mit einer Grammy-Nominierung bedacht. Zahlreiche Rundfunk-, CD- und DVD-Aufnahmen, u. a. unter Daniel Barenboim, Daniele Gatti, Esa-Pekka Salonen und Christian Thielemann, dokumentieren ihre künstlerische Tätigkeit.