Мариана Пенчева е родена на 17.01.1966 година в град Пловдив, където започва певческото си изграждане в класа на педагожката Иванка Михайлова в Средно музикално училище „Добрин Петков“. След това продължава обучението си в НМА „Проф. Панчо Владигеров“ в София в класа на проф. Мати Пинкас и проф. Мила Дюлгерова, където се дипломира като магистър през 1991 година.
След като завършва Музикалната академия заминава на специализация в гр. Верона (Италия) в класа на известното сопрано и вокален педагог Рина Малатрази. Лауреат е на редица международни конкурси, между които „Виоти“ във Верчели, през 1989 година, (Втора награда, при неприсъдена първа); „Кашиналирика“ в Кашина, Италия (Първа награда); Вердиеви гласове в Бусето през 1991 година (Втора награда) и „Лучано Павароти“ във Филаделфия, през 1992 година, където при изключително силна конкуренция от 1500 кандидати от цял свят, освен лауреатско звание печели и стипендия за обучение и дебютира в ролята на Леонора от „Фаворитката“ на Гаетано Доницети на сцената на оперния театър във Филаделфия.
Специализирала е при Рената Ското и Александрина Милчева.
Нейната международна кариера започва на сцените на едни от най-големите италиански оперни театри – Театро Комунале във Флоренция, където тя взема участие в концерти с „Глория“ от Вивалди и „Йов“ от Далапикола. Много скоро след това е и дебютът ѝ на оперна сцена в „Риголето“ в Театро Ла Фениче във Венеция през януари 1992 г. Още в края на същата година пак се завръща на сцената на Театро Ла Фениче, този път в ролята на Флора от „Травиата“ на Джузепе Верди, където партнира на Едита Груберова, Нийл Шиков и Джорджо Дзанканаро (Спектакъла е заснет и на DVD) .
На сцената на Миланската Скала тя прави своя дебют във „Весталката“ на Спонтини (откриване на сезон 1993/94 година) под диригентството на Рикардо Мути, а малко по-късно през същия сезон и в „Риголето“ пак под негово диригентство. От този момент нататък всички големи италиански театри отварят вратите си за нея: Неаполския Сан Карло за Улрика от „Бал с маски“, заедно с Лучано Павароти. В последствие се завръща на неаполитанска сцена и за „Лоенгрин“, „Селска чест“, „Танхойзер“, „Адриана Лекуврьор“. В Театро Комунале в Болоня пее във „Фалстаф“, „Бал с маски“, „Трубадур“ и Реквием на Верди, а в Театро Реджо в Парма в „Силата на съдбата“, „Аида“, „Оберто, Граф на Сан Бонифачо“. Театър Верди в Триест я кани за „Адриана Лекуврьор“, „Кавалерите от Екебу“, „Аида“ и „Трубадур“, а Театро Реджо в Торино ѝ дава възможност да се изяви в „Лоенгрин“, „Трубадур“, „Дон Карлос“, „Селска чест“ и „Едип Цар“ на Стравински. В Театро Масимо в Палермо пее ролята на Олга в “Евгений Онегин”, заедно с Мирела Френи и Николай Гяуров, последвани от „Вълчицата“ на Марко Тутино, „Селска чест“, „Аида“ и „Трубадур“. В Театро Белини, Катания се изявява в „Аида“, „Мадам Бътерфлай“ и „Касандра“ на Виторио Неки, а в Римска Опера открива сезон 1997/98 с „Пламъкът“ на Респиги, последван от „Мария Стюарт“, „Аида“ и „Фалстаф“. На Росиниевия фестивал в Пезаро пее в „Ричардо и Зорайде“, „Мойсей и Фараона“ и „Малка тържествена меса“, а на фестивала в Мачерата се изявява в „Норма“ и „Аида“. С Миланската Скала сътрудничеството ѝ се оказва особено ползотворно – освен във „Весталката“, Мариана Пенчева пее Мадалена в постановката на „Риголето“ в цели шест различни сезона, когато тази изключително успешна постановка е поставяна отново на сцената на Миланската Скала. Като диригенти на пулта се сменят Рикардо Мути , Роберто Рици-Бриньоли, Рикардо Шайи и Джеймс Конлон. Следващите заглавия , в които Мариана Пенчева се изявява на същата престижна сцена са „Джоконда“, „Мадам Бътерфлай“, „Силата на съдбата“ и „Бал с маски“, както и редица концерти с „Глаголската меса“ на Яначек и „Възкресението“ на Хендел.
Освен в Италия, тя се изявява активно и на многобройни световни сцени, пеейки партиите на: Мисис Куикли във „Фалстаф“ в Токио, Брюксел, Мадрид, Буенос Айрес, Монте Карло и Бремен; Лаура в „Джоконда“ на Понкиели в операта в Ница, в Лондонския Ковънт Гардън и в Театро дел Лисео, Барселона. Партията на Улрика в „Бал с маски“ също е една от най-често изпълняваните от нея, на някои от най-големите световни сцени като Щатсопер Берлин, Ню Нешънъл Тиатър в Токио, оперните театри в Лайпциг, Мюнхен, Цюрих, Дюселдорф, Лас Палмас, Грац, Лозана, Мелбърн и Сидни. С партията на Азучена от „Трубадур“ Мариана Пенчева гостува в Парижката Опера Бастий, Токио, Монтевидео, София и Атина, а като Еболи от „Дон Карлос“ пее в Сан Диего, Токио, Атина и София. Ролята на Ортруд от „Лоенгрин“ я отвежда в Театро де ла Маестранца в Севиля и Операта в Сан Диего, а Амнерис от „Аида“ в Сеул и Сан Диего. В Дойче Опер Берлин участва в концертно изпълнение на операта „Селска чест“ на Маскани, заедно с Андреа Бочели.
Работила е с диригенти и режисьори от ранга на Ричард Бонинг, Рикардо Мути, Франко Дзефирели, Рикардо Шайи, Марио Моничели, Даниеле Гати, Вернер Херцог, Маурицио Арена, Уго Де Ана, Вили Декер, Маурицио Бенини, Джанлуиджи Джелмети, Антонело Алеманди, Даниеле Калегари, Дениз Криев, Федерико Тиеци, Нело Санти и Антонио Папано.
От 2015 година преподава в НМА „Проф. Панчо Владигеров“ в София, където има свой самостоятелен клас. по пеене.
