Après une formation musicale au Conservatoire de Besançon en violon, écriture et analyse, Émilie Fleury s’oriente vers le chant et la direction de chœur. Parallèlement à des études musicologiques, elle intègre la classe de direction de chœur de Bernard Têtu, Nicole Corti et Valérie Fayet au Conservatoire national supérieur de Musique et de Danse de Lyon. Intéressée par la direction d’orchestre, elle suit l’enseignement de Gilbert Amy, Dominique My, Claire Levacher et Pascal Verrot au CNSM, ainsi que Dominique Rouits à l’École normale de musique de Paris et Jean-Sébastien Béreau au Conservatoire national de région de Lille. Titulaire du Diplôme d’État de direction d’ensembles vocaux, elle est amenée en 2004-2005 à diriger la maîtrise de l’Opéra de Lyon.

Depuis septembre 2008, elle est la chef adjointe du Chœur de l’Armée française au grade de Commandante. Elle est chef du Chœur d’enfants et du Jeune Ensemble de la Maîtrise Notre-Dame de Paris.