Ulrike Mayer studierte bei Thomas Quasthoff an der Musikhochschule Detmold und besuchte Meisterkurse bei Helmut Kretschmar, René Jacobs und Klesie Kelly, bei der sie 2006 einen Aufbaustudiengang für das Konzertexamen an der Musikhochschule Köln abschloss.
Schon während ihrer Studienzeit wirkte sie in zahlreichen Opernproduktionen der Musikhochschule Detmold mit. Im Jahr 2003 sang sie beim Sommerfestival der Kammeroper Schloss Rheinsberg die Partie des Holofernes in Vivaldis dramatischem Oratorium „Juditha triumphans“. Mit Holofernes gastierte sie 2004 am Staatstheater Mainz. Im September 2004 interpretierte Ulrike Mayer an der Deutschen Oper Berlin und in Kaliningrad den Cornet Christoph Rilke in der Oper „Die Weise von Liebe und Tod des Cornets Christoph Rilke“ von Siegfried Matthus. Ihr Lied- und Oratorienrepertoire ist umfangreich. Sie war Solistin bei der Uraufführung des Te Deums von Siegfried Matthus zur Einweihung der Dresdner Frauenkirche. Nicht unerwähnt bleiben soll die Darbietung der „Hollywood Elegien“ von Hanns Eisler im Rahmen der 1. Ruhrtriennale 2002.
Ulrike Mayer war von 2004 bis 2009 am Theater Magdeburg engagiert. Eindrucksvoll sind ihre bisherigen Rollengestaltungen in Operninszenierungen am Magdeburger Opernhaus, u.a. als Pedrillo in Telemanns „Don Quichotte“, als Page in „Salome“, als Dorabella in „Cosi fan tutte“, als Olga in „Eugen Onegin“, als Hänsel in „Hänsel und Gretel“, als Giannetta im „Liebestrank“, als Alcina im „Orlando furioso“ und als Orpheus in „Orpheus und Euridike“. Im „Orpheus“, der für den Deutschen Theaterpreis 2006 nominiert war, gestaltete sie ergreifend und mit hoher Musikalität die Verzweiflung, Liebes- und Todessehnsucht der Titelgestalt.
Nachdem sie im Sommer 2006 in der Uraufführung von Salvatore Sciarrinos Oper „Da gelo a gelo“ bei den Schwetzinger Festspielen mitwirkte, debütierte sie im Herbst 2006 als Page („Salome“) an der Pariser Opéra Bastille unter Hartmut Haenchen. Am Anhaltischen Theater Dessau wirkt Ulrike Mayer als Gast in den Produktionen „La Périchole“ und „One Touch of Venus“.

In der Spielzeit 2011/2012: Cosi fan tutte