Diplômée du Conservatoire de Lausanne, sa ville natale, et lauréate de plusieurs bourses (Bourse Migros, Fondation Leenaards, bourse Colette Mosetti), Delphine Gillot poursuit ses études à la Guildhall School of Music and Drama de Londres, où elle obtient un Master de soliste avec mention spéciale. Elle intègre ensuite l'Opéra Studio de la Royal Academy, dont elle sort en 2003 avec la mention DipRAM.
Elle se présente à des concours internationaux et remporte le concours des Saints Anges à Paris en 2001, est finaliste aux Voix d'Or en 2000, est finaliste au Veronica Dunn International Singing Contest à Dublin en 2002, et reçoit le titre de Highly Commended au concours Maggie Teyte Prize à Covent Garden par Dame Felicity Lott l'année suivante.
Sa carrière d'opéra débute en 2003 au Festival de Glyndebourne, où elle interprète les rôles de Micaela et de Musetta, puis se poursuit à l'opéra de Monte-Carlo dans le rôle de Marguerite. C'est avec La Voix humaine, qu’elle interprète en 2004 à l'Opéra de Lausanne, qu'elle se produira sur les scènes internationales, telles que le Welsh National Opera, le Théâtre des Champs-Élysées ou l'Opéra de Monte-Carlo. Elle chantera par la suite sous la direction de chefs de renom tels que Carlo Rizzi, Maurizio Benini, Corrado Rovaris, Jean-Claude Malgoire, Christophe Rousset, Emmanuelle Haïm, Jean-Claude Casadesus ou Sir Simon Rattle. Parmi les rôles de premier plan qu’elle interprète figurent Donna Elvira, Violetta, Nedda, Elettra, Annio, Armida, la comtesse Almaviva, Poppea, Alice Ford, et plus récemment, Floria Tosca.
Delphine Gillot se produit en concert dans de nombreux pays d’Europe et aux États-Unis, notamment dans la 4e Symphonie de Mahler à Seattle, Les Vespro della Beata Vergine de Monteverdi à Crémone, la 9e Symphonie de Beethoven à Las Palmas, la Messa di Gloria de Puccini à la salle Métropole, Elias de Mendelssohn au Barbican Hall aux côtés de Bryn Terfel, ou encore le Requiem de Verdi à plusieurs reprises à la cathédrale Eaton et au Cadogan Hall à Londres.
Ses engagements récents en Suisse comprennent les Wesendonck Lieder de Wagner, la Chanson perpétuelle de Chausson, accompagnée par le Quatuor Sine Nomine et la pianiste Virginie Falquet, ainsi que La Dame de Monte-Carlo de Francis Poulenc, avec le Sinfonietta de Lausanne. Professeure de chant à l'HEMU – Haute École de Musique depuis 2022, elle poursuit sa carrière de soliste en prenant le rôle de Floria Tosca pour l'Opéra du Rhône. En octobre 2023, à la salle Paderewski, elle interprète une succession d'airs de rôles de premier plan, tels que Floria Tosca, Ellen Orford, La Norma, Marguerite et Violetta, puis, en 2025, La Voix humaine de Poulenc.
Depuis septembre 2022, Delphine Gillot est professeure de chant au Conservatoire de Lausanne et à l'HEMU – Haute École de Musique, en jazz et en musique classique à l'HEMU – Fribourg-Freiburg.
