Elle est née le 31 janvier 1881 dans une famille très modeste : sa mère était et son père simple soldat.

D’origine modeste, Pavlova décide, en dépit d’une santé délicate, de devenir ballerine, après avoir vu La Belle au bois dormant en 1890. Formée à l’École impériale de danse de Saint-Pétersbourg, elle entre en 1899 au ballet du théâtre Marinski. Fragile, elle parfait sa technique à Milan avec Catherine Beretta et admire la musicalité des danses d’Isadora Duncan. Lorsqu’elle est nommée " prima ballerina " en 1906, elle a déjà dansé les grands rôles du répertoire classique. Elle crée également des ballets de Michel Fokine, La Tapisserie enchantée [1907], Une Nuit d’Égypte [1908], Chopiniana [1908], et le chorégraphe compose pour elle, en 1907, une variation de gala, La Mort du cygne, sur un extrait du Carnaval des animaux de Camille Saint-Saëns, qu’elle dansera toute sa carrière durant. Elle reste attachée au Marinski jusqu’en 1913, se produisant en 1909 et en 1911 aux ballets russes. Cependant, elle commence, en 1908, une de ces tournées internationales qui composeront l’essentiel de sa carrière. En 1911, elle organise sa propre troupe avec laquelle elle voyage désormais dans le monde entier et, en 1912, s’achète à Londres une maison qui sera son port d’attache. C’est surtout l’Europe, puis le continent américain de 1912 à 1925, qu’elle parcourt sans relâche. Elle se rend également en Asie du Sud-Est [1922-1923], Afrique du Sud, Nouvelle-Zélande et Australie [1925-1926], Égypte et Inde [1928-1929]. Au cours d’une tournée aux Pays-Bas, elle prend froid et meurt des suites d’une pneumonie le 23 janvier 1931 à La Haye. Elle est enterrée dans le cimetière de Londres.