Comenzó cantando en la catedral de Würzburg, ciudad alemana donde creció y completó sus estudios como intérprete de iglesia. Su carrera tuvo un vuelco cuando interpretó el rol de Brangäne en Tristán e Isolda en el Festival de Bayreuth, con la dirección de Daniel Barenboim. Desde entonces fue convocada para otros personajes wagnerianos en Bayreuth y en los teatros líricos más destacados de Europa. Fue Kundry en Parsifal, Ortrud en Lohengrin, Fricka y Waltraute en El oro del Rin, Venus en Tannhäuser, y recientemente Isolda en Tristán e Isolda con la dirección de Andris Nelsons. Actuó en la Scala de Milán, Teatro Real de Madrid, Teatro Liceu de Barcelona y las óperas estatales de Berlín, Dresden, Leipzig, Munich, Stuttgart, Zurich, Roma y Viena, entre muchas otras.
Encarnó también personajes de Verdi, Bartók, Strauss y Mozart, además de interpretar sinfonías de Mahler, obras de Berg, Brahms y Beethoven, bajo la batuta de prestigiosos directores como Christian Thielemann, Mariss Jansons, Andris Nelsons, Zubin Mehta, Daniel Barenboim, Riccardo Chailly, Claudio Abbado, Christoph Eschenbach, Lorin Maazel, Simon Rattle y Riccardo Muti, entre otros. Actuó junto a orquestas como la Filarmónica de Berlín, Concertgebouw de Amsterdam, Gewandhausorchester Leipzig, West-Eastern-Diwan-Orchester, Sinfónica de Boston, Staatskapelle Dresden, y la Sinfónica de la Radio de Baviera.
También fue convocada como Profesora de canto en la Escuela Superior de Música y Danza de Colonia en 2010. Entre sus grabaciones figuran Lioba Braun singt Wagner (Sony 2005) dirigida por Peter Schneider; Requiem de Mozart dirigida por Christian Thielemann (Deutsche Grammophon 2006); Segunda y Octava sinfonías de Mahler dirigida por Jonathan Nott (Tudor 2009/2011). Su más reciente proyecto, de inminente lanzamiento, es la grabación del oratorio Elías de Felix Mendelssohn, con dirección de Hans-Christoph Rademann, las voces de Marlis Petersen, Maximilian Schmitt y Thomas Oliemans, junto al coro de cámara RIAS y la Akademie für Alte Musik Berlin.
