北海道生まれ。15歳で渡豪し、シドニー音楽院を卒業。1990年、全豪オペラ・コンクールで優勝し、同年、シドニーとメルボルン、両オペラハウスでオペラ・デビューを果たす。92年、イタリア・ナポリのサン・カルロ劇場での欧州デビュー後、同年、オーストリアでインスブルック国際バロック音楽祭に出演。中嶋がタイトルロールを歌ったヘンデルのオペラ『アルチーナ』が、欧州放送連合より92年度最優秀賞を受賞する。以後活動拠点を欧州に移し、インスブルック・チロル歌劇場、ダルムシュタット歌劇場(ドイツ)と専属契約を結ぶ。
その後、スイス、イタリア、オランダ、デンマーク、フランス、スウェーデン、オーストラリアの劇場に活躍の場を広げるが、中でも、映画監督バズ・ラーマン演出による96年のシドニー・オペラハウス公演『ラ・ボエーム』の魅惑的なムゼッタは高い評価を得、大きな注目を集める。99年にはダルムシュタット歌劇場でのオペラ『ランメルモールのルチア』でセンセーショナルなルチア役を演じ、ドイツ有数のオペラ誌「オーパンヴェルト(Opernwelt)」の最優秀新人賞にノミネートされる。同年ウィーン・フォルクスオーパーの専属歌手となり、卓越した歌唱力と演技力、そして自由で華やかな存在感で圧倒的な人気を獲得する。2007年ハンブルク州立歌劇場デビュー。同年末にはサンディエゴ交響楽団との共演でアメリカ・デビューも果たす。
オペラ以外にもロリン・マゼール、ヘルベルト・ブロムシュテット、小沢征爾、チョン・ミョンフン、大野和士、ハインリッヒ・シフら名指揮者のもと各国のオーケストラと共演。また、ウィーン芸術週間、スポレート、ブレーゲンツ、ミュンヘン・ビエンナーレなど著名な国際音楽祭にも出演しており、2016年には、中嶋プロデュース&出演の「夢幻能: 月に憑かれたピエロ」がスイスのシオン音楽祭より招待を受けている。
日本では、99年シャルル・デュトワ指揮NHK交響楽団との共演、フォーレ「レクイエム」で本格的な活動をスタート。2002年の新国立劇場『ウェルテル』ソフィー役でオペラ・日本デビュー後は、新国立劇場『フィガロの結婚』、『コシ・ファン・トゥッテ』、『こうもり』、日生劇場『後宮からの誘拐』、『利口な女狐の物語』、びわ湖オペラ『ラ・ボエーム』、あいちトリエンナーレ2010プロデュースオペラ『ホフマン物語』、2014年1・2月公演の千住明作曲、新作オペラ『滝の白糸』などに出演している。2017年には、オーケストラ・アンサンブル金沢の『蝶々夫人』にタイトルロールでの出演も予定されており、現在最も注目される国際的日本人ソプラノ歌手の一人となっている。
ウィーン・プライザー・レコーズ社よりリリースされた歌曲集『ラ・パストレッラ』(PR90647) は2005年度ドイツ批評家大賞にノミネートされたほか、その他のソロCDアルバム、オペラ・アリア・デュエット集 『女の肖像』(PR90691)、世界初録音を豊富に取り入れたアリア集『愛の喜び』(CDS556)、ウィーン楽友協会録音のオペレッタ歌曲集『ウィーンわが夢の街』(GRML98908 )も好評を博している。
2009年以降は、国際的な福祉運動や地域文化活性化活動、教育プログラムにも積極的に携わり、新たな取り組みもスタート。2012年からは脚本、演出、企画プロデュースも手掛けるなど、さらに幅広い活動を展開し、2014年には、よみうり大手町ホールで開催された「モーツァルトハウス・ウィーン in ジャパン2014」で総合企画監督を務め、高い評価を得る。
第14回「出光音楽賞」受賞。モーツァルトハウス・ウィーン、アーティスティック・アドバイザー。群馬オペラアカデミー「農楽塾(のうらじゅく)」総監督。ぐんま観光特使。2016年2月よりウィーン私立音楽大学(MUK)舞台芸術学部声楽・オペラ科独唱専攻の講師に就任。