Талантът на Гена Димитрова е забелязан от първия ѝ учител по музика - Иван Генков, който ѝ предрича бляскаво бъдеще.

С оперно пеене започва да се занимава в гимназията. С гуменки и почти в носия пристига в София на приемни изпити в Държавната музикална академия. Пее "Хей Балкан ти роден наш". Приета е веднага. За да може да се издържа, работи като миячка на съдове в стола на Консерваторията, за което е подигравана от по-заможните си колежки. "Сега вие ѝ се смеете, че ви мие съдовете, а един ден може би вие ще миете нейните" - коментира именитата вокална педагожка Лиляна Жабленска. Завършва Държавната музикална академия през 1964 година при водещия вокален педагог Христо Бръмбаров.

През 1964 - 1966 година е в майсторски клас в Музикалната академия, след което става стажант в Софийската опера, където изпълнява няколко малки роли, а през 1966 година е и на специализация в известното Оперно музикално училище към миланския театър "Ла Скала". Големият ѝ успех идва на 27 декември 1967 година с ролята на Абигайл в "Набуко" на Джузепе Верди.

През 1970 година Димитрова е победител в Международния конкурс за млади оперни певци в София, след което заминава на двугодишна специализация в Театралното училище към "Ла Скала" при Ренато Пасторино, Енца Ферари и Рената Корозио, по време на което участва в конкурси и оперни постановки в различни градове на Италия. Победител е в конкурса за оперни певци в Тревизо, на който кандидатите представят ролята на Амелия от "Бал с маски" на Верди.

През 1971 година е на турне във Франция с италианска оперна трупа, представяща операта "Силата на съдбата" от Джузепе Верди. Краят на стажа ѝ е в първите дни на 1972 година, когато изпълнява в "Ла Скала" Амелия, заедно с Пласидо Доминго и Пиетро Капучили.

През следващите години Гена Димитрова се налага като една от водещите изпълнителки в Италия. Сред по-важните постановки от този период са Тоска в "Тоска (опера)" на Джакомо Пучини във Виенската опера през 1978 година, Джоконда в "Джоконда" на Амилкаре Понкиели в Арена ди Верона през 1980 година, Абигайл в "Набуко" на Верди в Арена ди Верона през 1981 година, Турандот в "Турандот" на Пучини в Арена ди Верона през 1983 година.

Най-успешният период в кариерата на Димитрова е десетилетието след 7 декември 1983 година, когато е премиерата на постановката на Франко Дзефирели на "Тоска" в "Ла Скала", в която участват също Пласидо Доминго и Никола Мартинучи. През този период тя изпълнява с голям успех Турандот, лейди Макбет в "Макбет" и Америс в "Аида" на Верди в "Ла Скала" и лейди Макбет на фестивала в Залцбург през 1984 година, отново Абигайл в "Ла Скала" през 1986 година, Турандот в "Метрополитън Опера" през 1987 година. През същата година е победител в международния конкурс за изпълнители на Турандот в Ню Йорк.

Гена Димитрова провежда майсторски класове в консерваториите на Атина, Рим, Будапеща, София и др. Работи с млади таланти, организира техни участия и концерти и участва като изпълнител на техните концерти. Едни от нейните ученици са Елена Баръмова и Байса Дашням.