Née à Moscou, Pauline Panassenko se forme en France et en Russie. Après une hypokhâgne au lycée Louis-le-Grand, elle entre à Sciences Po Paris. Elle part ensuite aux États-Unis à la Tisch School of the Arts de New York University. L’année suivante, elle entre au Conservatoire d’Art dramatique du VIIIe dans la classe de Marc Ernotte. Elle intégre l’École du Théâtre d’Art de Moscou (MHAT) en 2011 alors qu’elle préparait un Master en Études théâtrales à Paris 3, Sorbonne nouvelle, sous la direction de Marie-Christine Autant-Mathieu.