Parallèlement à ses études d’alto, Marie Petit découvre le chant, d’abord en tant que choriste sous la direction de Michèle Bastian-Hullar. Souhaitant approfondir la pratique vocale, elle entre en 2008 dans la classe de chant lyrique de Juan-Carlos Morales au Conservatoire de Metz où elle obtient, en 2012, son Certificat d’Études Musicales. Elle entre en 2013 dans la classe de Nicole Fournié au Conservatoire de Montauban et obtient son Diplôme d'Études musicales en juin 2019. Elle a eu l’occasion de participer à des masterclass avec Philippe Jaroussky (2011) et avec Alain Buet (2017).

Sa voix de soprano lyrique léger lui permet de chanter des solos dans diverses œuvres sacrées : Magnificat de Vivaldi, Magnificat de Monteverdi, Requiem de Fauré, Vêpres solennelles d’un confesseur de Mozart. Elle tient aussi des rôles solistes : Antonia dans les Contes d’Offenbach de Pierre Marassé (2016), celui de la Princesse Laoula dans l’Étoile de Chabrier (2017), Franzi dans Rêve de valse de Straus (2019). En 2016, elle a également participé à un projet de musique ancienne sous la direction de Jean-Marc Andrieu, autour d’œuvres de Valette de Montigny. Attirée par la pratique vocale en petit ensemble, elle intègre en 2014 le trio vocal féminin 1,2,3... soleil, ainsi que l’Échappée Madrigale en 2016.