Paolla Oliveira nasceu em São Paulo, em 14 de abril de 1982. Filha de um policial militar aposentado e de uma ex-auxiliar de enfermagem, ela fez faculdade de Fisioterapia na Universidade Cruzeiro do Sul, especializando-se em Reeducação Postural Global. Paralelamente, começou a fazer comerciais em revistas e na televisão, o que a levou a estudar teatro na Oficina Mazzaropi, em São Paulo e artes cênicas na Escola de Atores Wolf Maya.

A telenovela Metamorphoses, da Record, foi o primeiro trabalho na televisão, mas seu envolvimento com o público começou com a sonhadora Giovana, na novela Belíssima, da Rede Globo, seu primeiro papel de maior relevância. Depois, ela foi Sonia, em O Profeta; Letícia, em Ciranda de Pedra, e Verônica, em Cama de Gato, sua primeira vilã na telinha.

Em junho de 2008, a bela e já badalada Paolla foi escolhida rainha de bateria da Escola de Samba Grande Rio para o carnaval 2009, mesmo ano em que participou da Dança dos Famosos, no Domingão do Faustão, onde se saiu vencedora, ao lado do professor Átila Amaral.

A atriz foi convidada para protagonizar Araguaia, de Walther Negrão, mas recusou o convite, alegando que precisava de férias. Mesmo assim, Duca Rachid e Thelma Guedes, com quem já havia trabalhado em Cama de Gato e O Profeta, a escalaram para ser a protagonista de Cordel Encantado, novela que sucedeu Araguaia, chamado que ela também teve que recusar porque precisou substituir Ana Paula Arósio no principal papel feminino de Insensato Coração.

Depois de acrescentar uma letra "L" ao seu nome artístico (coisas da numerologia), ela foi novamente convidada para o horário nobre da Globo, onde está vivendo a personagem Paloma Khoury, na novela Amor à Vida, de Walcyr Carrasco.