Paloma é filha do empresário Nestor Bernardi e da artista plástica e ex-bailarina do Balé Popular de Recife, Dil Bernardi. Nasceu na cidade de São Paulo, onde mantém com sua família o Amarte Espaço Cultural. Em dezembro de 2005, se formou pelo Senac no curso Técnico de Ator apresentando a peça Faces D’Alma. É formada na faculdade de Rádio e TV em 2006, pela Universidade Metodista de São Paulo, em São Bernardo.
Aos 11 anos participou de sua primeira novela, Colégio Brasil, exibida pelo SBT, onde viveu Antônia.
No teatro, atuou no espetáculo Máscaras, de Menotti del Picchia, em 2005. No ano seguinte, participou da peça infantil Despertar na Floresta, de Caetano Martins e a peça Dom Quixote, dirigida por Graça Pereira no Teatro Dom Bosco. A atriz também já trabalhou por trás das camêra, já foi assistente de direção nas peças do Bosco Brasil, Novas Diretrizes em Tempos de Paz e Cheiro de Chuva. Em 2008, na Rede Record, interpretou a personagem Luna, de Os Mutantes – Caminhos do Coração. Em 2009 viveu Mia, a filha caçula, adotada por Marcos e Tereza (José Mayer e Lília Cabral), que tem duas irmãs, Luciana (Aline Moraes) e Isabel (Adriana Birolli) na novela das oito exibida pela Rede Globo, escrita por Manoel Carlos, Viver a Vida. Em 2011 deu a vida a Alice, na novela das nove, também na Rede Globo, Insensato Coração, em que viveu uma jovem e doce personal trainer.
Entrou em turnê pelo Brasil ao lado de Thiago Martins com a peça O Grande Amor da Minha Vida, comédia romântica que retrata a tentativa do casal de montar um manual para encontrar um grande amor e autou na peça O Imprescindível como uma palhaça. No mesmo ano, integrou o elenco do curta-metragem Caso Fechado vivendo Lena e em setembro de 2013, viaja para Nova York para rodar o curta Hearing Heart vivendo uma turista sem audição.
Na novela das nove escrita por Gloria Perez e exibida pela Rede Globo, Salve Jorge, viveu sua primeira vilã, Rosângela: jovem e ambiciosa, que tinha o sonho de se tornar modelo, mas foi vítima do tráfico de pessoas e para sobreviver tinha de se prostituir, se tornando uma traficante. Com a virada de sua personagem, Rosângela se torna uma das principais rivais da protagonista, Morena (Nanda Costa), e uma das maiores aliadas de Livia e Wanda (Cláudia Raia), (Totia Meireles). Paloma foi xingada nas ruas por conta de sua personagem, Paloma levou em consideração a reação do público por odiar a personagem, a qual era sua primeira vilã. A autora Glória Perez declarou que a personagem Rosângela, vivida por Paloma, foi um grande desafio.
Paloma já estrelou clipes musicais de cantores como, João Bosco & Vinícius na musica Tarde Demais e ao lado do cantor de Pagode Thiaguinho na música Desencana.
Paloma fez a estreia no cinema no filme Lascados Em 2014, integrou o elenco da Dança dos Famosos.
Em 2015, participou do segundo episódio da websérie que mostra os bastidores das viagens do Tour Le lis Blanc e Proença. Viveu uma das protagonistas da teceira temporada de As Canalhas, série do GNT como a dançarina Marta. logo após não ter o seu vínculo renovado com a Globo, Paloma assina contrato e volta a Rede Record para integrar o elenco da novela A Terra Prometida, onde interpretou a vilã Samara. Em seguida, integrou o elenco do episódio “O Galã” da série Lili, a Ex do Multishow. Também pode ser vista nos cinemas, no longa Apaixonados – O Filme como a rainha de bateria Sabine e em Mais Forte que o Mundo como Luiza, namorada de infância de Aldo. Participou do quadro “Teste da Vida Real” do programa do Gugu vivendo uma mendiga.
Em 2017, foi vista de volta na tela da Rede Globo, na minissérie Aldo – Mais Forte que o Mundo advinda do longa-metragem. Em maio, participou das gravações de Conexão Schurmann, websérie com a Família Schürmann que vai transmitir a expedição até Fernando de Noronha. Em novembro, Paloma será uma das protagonistas de O Apocalipse, nova novela da RecordTV. Ela viverá Isabela Gudman, uma estudante de arqueologia que se casa com o Anticristo.
A atriz foi descoberta aos quatros anos de idade fazendo editoriais de revista infantil e campanhas publicitárias onde foi estrela de marcas como Giovanna Baby, Lacta, Bubbaloo e Palmolive. Mas foi após sua ida a Rede Globo, que a atriz virou um nome forte na publicidade, estrelando diversas campanhas publicitárias. Em fevereiro de 2011, participou da campanha “Estrelas do bem”, iniciativa da Associação dos Joalheiros e Relojoeiros do Estado de São Paulo em prol do Retiro dos Artistas. Com o ator Bruno Gagliasso, estrelou a nova campanha do Centro de Ensino de Idiomas Fisk. É o novo rosto de campanha publicitária de bijouterias da marca Empório Bijux. Junto com Luiza Brunet e Grazi Massafera estrelam a nova campanha da linha de tinturas da L’Oréal Paris e das gravações do novo comercial da marca. Com Giovanna Lancelotti, na Campanha Publicitária da Bottero Calçados Primavera/Verão 2012. No ano seguinte, com o ator Caio Castro, posaram juntos para campanha “Eu sou 12 por 8” da Sociedade Brasileira de Cardiologia. Em 2013, Paloma Bernardi é a estrela da nova campanha Primavera/Verão 2014 da marca de sapatos da Bebecê. Junto com o namorado Thiago Martins, posaram para a campanha da marca de roupas Enfim no Vidigal. No ano de 2014, A Fill Sete traz como garota propaganda da Campanha Verão 2015 a atriz. Nova garota-propaganda da coleção Primavera-Verão da Liebe. Paloma Bernardi passou a madrugada em um estúdio de São Paulo, gravando um comercial de Natal da marca World Tênis. No início de 2015, com Jesus Luz, como estrelas da campanha outono/inverno 2015 da marca de sapatos Ferricelli. A atriz é a garota-propaganda da marca carioca Mercatto. Lançou sua coleção de bolsas com grife Fellipe Krein. A coleção verão 2016 da Herreira fashion jewelry é estrelada por Paloma. No ano de 2016, fica morena e é a nova embaixadora da Garnier. Ela faz parte da Garnier desde 2012. Estrela da campanha de inverno da marca carioca Mercatto, que lança sua coleção, ‘Mulher Natureza’. É madrinha da campanha Vista a Fantasia da Solidariedade do Hemorio onde foi convidada pelo órgão da Secretaria de Estado de Saúde do Rio de janeiro.
No carnival carioca, em 2014, a atriz foi anunciada como destaque de chão da Acadêmicos do Grande Rio. No ano seguinte, é coroada como rainha de bateria substituindo Susana Vieira no cargo pela escola de samba, posto esse que regeu nos anos de 2016 e em 2017 recebendo o aval de Ivete Sangalo.
