Marie-Cécile Bertheau a commencé ses études de piano à Nancy, puis obtient un Premier Prix du Conservatoire National Supérieur de Lyon. Elle part ensuite se perfectionner au Royal Northern College of Music de Manchester dans la classe de Renna Kellaway, et obtient un Post-Graduate Diploma of Music deux ans plus tard.
Elle se produit par la suite dans de nombreux festival, tels que La Roque d’Anthéron, Aix-en-Provence et Saint-Jean-de-Luz, où elle reçoit le prix Maurice Ravel. Accompagnatrice de plusieurs classes d’instruments à vent au CNSM de Lyon, elle est ensuite nommée cheffe de chant à l’Atelier Lyrique de l’Opéra de Lyon.
Depuis 1996, Marie-Cécile Bertheau est cheffe de chant à l’Opéra de Lausanne, où elle travaille avec des chefs d’orchestres comme Jonathan Darlington, Evelino Pido, Jane Glover, Armin Jordan, Corrado Rovaris, Nicolas Chalvin, Christophe Rousset, Ottavio Dantone, Louis Langrée et Jesus Lopez-Coboz. Elle dirige également une classe de répertoire pour jeunes chanteurs à l'HEMU – Haute École de Musique.
