Паулина Олеговна Андреева родилась 12 октября 1988 года в Ленинграде; имя при рождении — Екатерина, «Паулина» появилась позже. Семья к театру отношения не имела: мать — ландшафтный дизайнер, отец — предприниматель. Училась в гимназии № 24 имени Крылова на Васильевском острове, занималась танцами, после школы поступила на журфак СПбГУ — и через два года бросила его, уехала в Москву и поступила в Школу-студию МХАТ, на курс Романа Козака и Дмитрия Брусникина. Уже на третьем курсе играла у Кирилла Серебренникова в «Околоноля», а после выпуска в 2011 году вошла в труппу МХТ имени Чехова: Дуня в «Преступлении и наказании», Джейн в «№ 13D», Нина Заречная в «Чайке», Роксана в «Сирано де Бержераке».
В кино снимается с 2007 года, но известной стала в 2013-м, сразу дважды: «Саранча» и «Оттепель», где она сыграла певицу Дину и сама спела заглавный романс Константина Меладзе. Дальше — Есеня Стеклова в обеих частях «Метода», «Спящие», эмпатический бот Ариса в «Лучше, чем люди», «Цой», Царь-девица в «Конька-Горбунка», Вера Холодная в «Вертинском», «Медея», «Алиса в Стране чудес» (2025). Параллельно выстроилась вторая профессия: Андреева выучилась на сценариста в школе кино «Индустрия», сняла короткометражку «Плачу с вами» (программа «Русское краткое» Кинотавра-2019), написала сериал «Псих» (2020) и выпустила по нему книгу, затем «Актрис» (2023) и — в соавторстве — «Маминого сына» (2025). В 2026-м выходит трагикомедия «НиктоКакТы» Геннадия Островского, где она играет одну из главных ролей.