Pascale Arbillot naît le 18 octobre 1967 à Vincennes (Seine), en France. Elle démarre sa carrière comme comédienne et animatrice de télévision. En 2003, elle obtient un succès significatif avec son premier grand rôle au cinéma dans le film "J'ai sommeil" aux côtés de Vincent Lindon.
En 2006, Pascale Arbillot interprète la chanteuse Édith Piaf dans le téléfilm biographique "La Vie en rose", pour lequel elle reçoit un grand écho critique. Cette même année, elle est nommée au César de la meilleure actrice pour son rôle principal dans "J'ai sommeil".
En 2007, Pascale Arbillot publie son premier livre intitulé "Mon amour c'est toi", une révélation autobiographique qui connaît un grand succès. La même année, elle est nommée aux Victoires de la musique dans la catégorie artiste féminine Révélations avec son premier single "Je t'aime encore".
En 2010, Pascale Arbillot joue dans le film "Tombés du ciel" qui reçoit un accueil critique favorable. En 2013, elle reprend son rôle de Françoise Dorléac dans la série télévisée "La Maison de l'amour".
En 2015, Pascale Arbillot sort son deuxième album intitulé "Comme une étoile", qui obtient un succès commercial. La même année, elle joue dans le film "Cœur à corps" aux côtés de Jean Reno et Benoît Poelvoorde.
En 2017, Pascale Arbillot est la voix française de la princesse Anna dans la série télévisée d'animation "Disney Frozen". La même année, elle publie son deuxième livre intitulé "À l'ombre des mots", qui retrace sa vie et ses expériences personnelles.
En 2019, Pascale Arbillot joue dans le film "L'Apôtre" aux côtés de Tchéky Karyo. La même année, elle reprend son rôle de Françoise Dorléac dans la série télévisée "Demain nous appartient".
En 2021, Pascale Arbillot fait son grand retour au cinéma avec le film "Le Jeu", aux côtés de Vincent Lindon et Isabelle Adjani. La même année, elle reprend son rôle de Françoise Dorléac dans la série télévisée "Un si grand soleil".
Pascale Arbillot est également connue pour ses engagements en faveur des droits des femmes et des animaux. Elle est active dans plusieurs associations caritatives et milite pour la reconnaissance de l'animalité des non-humains.