Εμφανίζεται στα σπουδαιότερα θέατρα παγκοσμίως, όπως: Metropolitan Opera, Royal Opera House, Wiener Staatsoper, Deutsche Staatsoper Berlin, Bayerische Staatsoper, Oper Lepzig, Opernhaus Zürich, Theater an der Wien, Opéra Nationale de Paris, Théâtre des Champs Élysées, Théâtre Royal de la Monnaie, Opéra de Monte-Carlo, San Diego Opera, The Dallas Opera, L’Opéra de Montréal, Sydney Opera House, New National Theatre Tokyo, Teatro dell’Opera di Roma, De Nationale Opera Amsterdam, Copenhagen Opera House, Gran Teatre del Liceu Barcelona, Teatro Regio di Torino, Teatro Carlo Felice Genova, Accademia Nazionale di Santa Cecilia di Roma, Teatro di San Carlo di Napoli, Royal Danish Theatre, Grand Théâtre de Luxembourg, Oper Leipzig, Teatro Comunale di Bologna, Εθνική Λυρική Σκηνή.
Έχει δώσει ρεσιτάλ σε σπουδαίες αίθουσες συναυλιών όπως το Κοντσερτχάους της Βιέννης, το Κοντσερτγκεμπάου του Άμστερνταμ, την αίθουσα Τσαϊκόφσκυ της Αγίας Πετρούπολης, το ΚΚL της Λουκέρνης, την Τόνχαλε της Ζυρίχης , στο Κοντσερτχάους του Ντορτμουντ, στο Λίνκολν Σέντερ της Νέας Υόρκης, Seoul Arts Center, και έχει συνεργαστεί με σημαντικές ορχήστρες όπως Musica Aeterna, Bamberg Symphony, Wiener Philharmoniker, Gewandhausorchester Leipzig, Royal Concertgebouw Orchestra, RSO Wien, Münchner Rundfunkorchester Orchestra, Sydney Symphony Orchestra, Santa Cecilia Orchestra, Budapest Festival Orchestra, Les Telens Lyriques κα.
Τιμήθηκε με το βραβείο «Μαρία Κάλλας – Καλύτερος πρωτοεμφανιζόμενος καλλιτέχνης» ερμηνεύοντας Τραβιάτα στο Ντάλλας. Το 2016 κυκλοφόρησε από τη Sony Classic η πολυαναμενόμενη και βραβευμένη (βραβείο BBC) ηχογράφηση του Don Giovanni υπό τη διεύθυνση του Θεόδωρου Κουρεντζή, στην οποία η Μυρτώ Παπαθανασίου τραγουδά την Donna Anna έχοντας ήδη καθιερωθεί ως μία εξαίρετη ερμηνεύτρια του Mozart. Άλλες ηχογραφήσεις: Ντον Τζοβάννι (μ.δ.: Z. Ρορέρ / Μ. Καρυδης / Χ. Χένχεν -παραγωνή Covent Garden ), Μιθριδάτης, βασιλιάς του Πόντου (μ.δ.: Ε. Χαΐμ), Ginevra di Scozia (μ.δ. Γ. Πέτρου), Σεμίραμις (μ.δ. Α. Τζέντα), Ρούσαλκα (μ.δ. Α. Φίσερ), Ένας Τούρκος στην Ιταλία , την Ενάτη Συμφωνία του Μπετόβεν με τη Συμφωνική Ορχήστρα του Σύδνεϋ και την Royal Concertgebouw Orchestra.Έχει συνεργαστεί με διάσημους σκηνοθέτες όπως Ρ. Κάρσεν , Φ. Τζεφιρελλι, Π.Λουίτζι Πίτσι, Ν. Μακ Βίκαρ, Στ. Χέρχάιμ, Ν. Μπος, Γκράχαμ Βικ, Ρ. Βιλλαλόμπος, M. Χάμπε, αλλά και Έλληνες όπως Σ. Ευαγγελάτος, Γ. Χουβαρδάς, N. Πετρόπουλος , Θ.Μοσχόπουλος κ .α.Το ρεπερτόριό της είναι ιδιαίτερα ευρύ και εκτείνεται από το μπαρόκ μέχρι τους σύγχρονη μουσική.
Προσφατα εμφανίστηκε στην πολυσυζητημένη καινουργια παραγωγή της Τοσκα στη La Monnaie των Βρυξελλών με μ.δ. Α. Αλτίνογλου, ρολο που ξαναερμήνευσε στην ‘Οπερα της Λειψίας, καθώς και στις καινούργες παραγωγές ως Luisa Miller στο Τeatro Comunale di Bologna υπό τη διεύθυνση του Ντάνιελ ‘Ορεν, ως Ηλέκτρα στον Ιδομενέο σε σκηνοθεσία και μ.δ. Γιώργου Πέτρου, ως Traviata στην Ελβετία (LUC festival) με μ.δ. Μ. Πόσνερ , καθως και στο New National Theater του Τοκίου ως Donna Anna μ.δ.Π. Όλμι.
Στα επόμενα σχέδιά της συμπεριλαμβάνονται η τριλογία Donizetti το 2023, μία μεγάλη καινούργια παραγωγή της Οπερα La Monnaie των Βρυξελλων.
Η Μυρτώ Παπαθανασίου γεννήθηκε στη Λάρισα, όπου ξεκίνησε πιάνο και Θεωρητικά. (Αρμονία και αντίστιξη). Σπούδασε μουσικολογία (ΑΠΘ), μονωδία (ΚΩΘ), ενώ ως υπότροφος του Μεγάρου Μουσικής Αθηνών ολοκλήρωσε στο Μιλάνο με τον βαρύτονο Roberto Coviello.