Pauline Boty entre au Wimbledon College of Arts à Londres grâce à une bourse, en 1954, contre l’avis de son père. Dès la deuxième année, elle rejoint la section de peinture sur verre dirigée par Charles Carey. Celui-ci l’encourage à se tourner vers le pop art. À l’occasion de sa deuxième participation à l’exposition Young Contemporaries en 1959, elle se rapproche d’artistes émergent·e·s du mouvement, parmi lesquels se trouvent David Hockney (né en 1937), Peter Phillips (né en 1939) ou encore Peter Blake (né en 1932). Dès le début des années 1960, elle développe un langage pop en faisant usage d’images de célébrités, notamment des grandes figures féminines dépeintes avec humour et sensualité, mais aussi de représentations des grands événements politiques, tels que l’assassinat de John Fitzgerald Kennedy ou la guerre du Vietnam.

En 1961, l’artiste présente une vingtaine de collages lors de l’exposition Blake, Boty, Porter, & Reeve à l’AIA Gallery, à Londres, souvent considérée comme l’une des premières manifestations pop. Dans son documentaire Pop Goes the Easel (1962), Ken Russell place P. Boty au centre du mouvement mais, contrairement aux artistes masculins dont il est question dans le film – P. Blake, P. Phillips et Derek Boshier (né en 1937) –, elle n’est pas invitée à s’exprimer directement sur son œuvre. Cela marque aussi le début de sa brève carrière d’actrice. Sa première exposition personnelle est organisée en 1963 à la Grabowski Gallery à Londres ; elle y montre sa célèbre série The Only Blonde in the World (1963).

Elle se marie la même année avec Clive Goodwin, agent littéraire ; leur appartement devient un lieu de rendez-vous central pour l’avant-garde de l’époque. Deux ans plus tard, enceinte, elle découvre qu’elle est atteinte d’une leucémie. Elle refuse les traitements, afin de protéger son bébé, et meurt à l’âge de 28 ans.
P. Boty voyait le pop art comme une « nostalgie pour le moment » ; elle est l’une des rares artistes femmes à s’être fait un nom au sein du courant pop britannique. Après son décès, elle est tombée dans l’oubli jusque dans les années 1990. Une rétrospective lui a été consacrée en 2013 à la Wolverhampton Art Gallery.