Pochodzi z Francji. Zaczęła śpiewać w wieku dziewięciu lat w chórze dziecięcym Opery w Lyonie. Studiowała w Narodowym Konserwatorium Muzycznym w Lyonie, a następnie w studiu operowym Królewskiej Opery Walońskiej. Jako laureatka kilku międzynarodowych konkursów wokalnych i uczestniczka „Operaliów” w Weronie szybko zdobyła uznanie na europejskiej scenie operowej.
Artystka słynie z elegancji scenicznej, wszechstronności i ekspresyjności śpiewu. Jej bogaty repertuar obejmuje takie partie, jak Julia (Romeo i Julia), Violetta (Traviata), Małgorzata (Faust), tytułowa Manon w operze Masseneta, Gilda (Rigoletto), Micaëla (Carmen), Donna Anna i Donna Elvira (Don Giovanni), Musetta i Mimì (Cyganeria), Adèle (Hrabia Ory), Tatiana (Eugeniusz Oniegin), Blanche de la Force (Dialogi karmelitanek) i Adina (Napój miłosny).
Występowała na najważniejszych scenach operowych świata, m.in. w Opéra-Comique w Paryżu, Królewskiej Operze Duńskiej, Łotewskiej Operze Narodowej, Estońskiej Operze Narodowej, Estońskim Narodowym Teatrze Vanemuine w Tartu, operach w Nicei, Marsylii, Metzu i Rennes, a także Théâtre de l’Odéon w Marsylii. W grudniu 2021 roku Perrine Madoeuf zadebiutowała w paryskiej Opéra-Comique w partii Julii w Romeo i Julii Gounoda, co spotkało się z jednogłośnym uznaniem krytyków. Do najważniejszych ról, w które wcieliła się w ostatnim czasie należą Musetta (Cyganeria) w Metz i Saint-Étienne, Małgorzata (Faust) w Rydze, Julia w Bernie i Tallinie, Micaëla (Carmen) w Królewskiej Operze Duńskiej i Operze w Nicei oraz Violetta Valéry w koncertowym wykonaniu Traviaty z Le Cercle de l’Harmonie pod dyrekcją Jérémie Rhorera.
W obecnym sezonie artystkę można usłyszeć w partii Violetty Valéry w Teatrze Vanemuine w Tartu i Teatrze Wielkim - Operze Narodowej w Warszawie. Śpiewa także Micaëlę w Carmen w Hongkongu.
''