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Une des prime donne les plus recherchées de son temps débute en 1752, non pas comme cantatrice mais comme danseuse, au teatro San Samuele de Venise.

C'est à Florence que la Girelli fait montre de son talent de soprano, pour la saison 1756-57, notamment dans un second rôle du Solimano de Ferrandini avec le ténor Cortoni. Elle se produit ensuite au Sant'Angelo de Venise dans Berenice de Perillo.
En 1760-61 Antonia Girelli chante à Prague, interprétant Adriano in Siria de G. Scarlatti. Elle est ensuite engagée à Bologne comme prima donna : elle crée le rôle-titre du Trionfo di Clelia dans la nouvelle mise en musique de Gluck écrite pour l'inauguration du Teatro communale en 1763, opéra dans lequel elle impressionna particulièrement C. Ditters von Dittersdorf (Lebensbeschreibung. Leipzig, 1801). Au premier rang des distributions, elle partage ses succès avec le ténor Tibaldi, le castrat Manzuoli ou encore Cecilia Grassi. La Girelli se produit également à Lucques, Venise (1764), et Naples entre 1765 et 1768. Sur les planches du prestigieux San Carlo, la soprano donne Il Re pastore de Piccinni, Il Creso de Sacchini, Tancredi de Bertoni, etc. En 1769, elle affronte la virtuose stratosphérique Lucrezia Agujari dans Le Feste d'Apollo à Parme, donné en l'honneur des noces du duc Ferdinand.
À Milan, elle paraît donc en 1771 honorée du titre de virtuosa di camera de SAR le Duc de Parme et Plaisance. Elle paraît dans la ville dans la serenata Ascanio in Alba de Mozart, où on lui demande de bisser l'un de ses airs, et dans Ruggiero, dernier opéra de Hasse et ultime livret du célèbre Métastase. Mais c'est encore à Turin qu'on l'entend le plus entre 1769 et 1771, par exemple dans Armida d'Anfossi avec Sartorino et Domenico Bedini, deux castrats pour lesquels Mozart a écrit de beaux rôles d'opéra.

La Girelli est ensuite conviée à Londres où elle débute en 1772 dans le pasticcio Sofonisba, mais déçoit Charles Burney :
Son style est bon, mais sa voix est en ruine, et son intonation fréquemment fausse [...] ; cependant, il est facile d'imaginer d'après ces restes qu'elle a été bien mieux.
Ce dernier lui reconnaît tout de même un style enlevé et élégant. Elle chante seulement jusqu'à l'été 1773 au King's Theatre dans Il Cid et Tamerlano de Sacchini, Artaserse de Giordani ou l'Orfeo de Gluck, entre autres opéras.
Le castrat et théoricien G. B. Mancini écrit toutefois dans son très fameux traité de 1774 qu'elle est « actuellement l'une de nos plus célèbres interprètes italiennes ». Outre un indéniable tempérament dramatique, les partitions écrites pour elles suggèrent que sa voix était très agile avec un aigu facile ; un de ses airs de prédilection fut apparemment le fameux Addio o miei sospiri de Gluck (mais cette paternité a longtemps été discutée), qu'elle reprend dans un opéra de Bertoni puis un autre opéra de Gluck, avant que ce dernier l'intègre pour ténor dans son Orphée parisien.
La Girelli avait épousé un brillant hautboïste espagnol. La chanteuse Barbara Girelli active à Parme, Venise, Prague, Pesaro et Sienne entre 1758 et 1771 est sans doute sa sœur.