Уже на третьем курсе Паулине Андреевой предложили роль в спектакле «Околоноля», который был поставлен в театре Олега Табакова. Следующей театральной работой Паулины стала роль в спектакле «Дом», поставленном по пьесе Евгения Гришковца. Также она играла Фриду в «Мастере и Маргарите», Дуню в «Перступлении и наказании», монашку в «Тартюфе» и другие роли. Особо успешным было исполнение Андреевой главной женской роли в спектакле «№ 13D», который был поставлен Владимиром Машковым. После окончания учебы Пуалину приняли в труппу МХТ им. Чехова.
Первой значительной ролью в кино для Паулины стала роль певицы Дины в сериале «Оттепель» (2013) режиссера Валерия Тодоровского. Более того, самую известную песню из этого сериала актриса исполнила сама. Композитор Константин Меладзе выбрал именно Андрееву, а не профессиональную певицу. Паулина на самом деле никогда не занималась музыкой, и вокал изучала лишь в рамках программы Школы-студии, однако Константину Меладзе очень понравился ее голос. Также знаковыми работами в карьере актрисы стали: главная роль в фильме «Саранча» (2013) режиссера Егора Баранова и актерский дуэт с Константином Хабенским в сериале «Метод» (2015).