Paloma é filha da atriz Débora Duarte e do cantor e compositor Antônio Marcos, além de meia-irmã da cineasta Daniela Duarte e da cantora Aretha Marcos.
Paloma frequentou um colégio interno alemão em São Paulo, porém, por sua rebeldia, acabou parando de estudar aos 14 anos, finalizando apenas o oitavo ano do Ensino fundamental. Nesta época começou a fumar escondida dos pais. Em 1992, aos 15 anos, devido a diversos conflitos com sua mãe, decidiu sair de casa, se emancipando.
Paloma Duarte nasceu no dia 21 de maio de 1977 em São Paulo e atualmente está com 45 anos de idade.
Em sua brilhante carreira como atriz, podemos destacar seus trabalhos nas novelas: Tropicaliente, renascer, Terra Nostra, mulheres apaixonadas entres outras produções na Rede Globo. No ano de 2005, a atriz migrooou-se para a Record tv . Na nova casa ela participou de Cidadao brasileiro, Luz do sol, poder paralelo, se tornando a artista mais bem paga da Record. Após 15 anos, Paloma voltou a Rede Globo no ano de 2019 para integrar o elenco de Malhação e atualmente ela da vida a Heloisa em Alem da Ilusao.
Em 1993, casou-se com o cantor Renato Lui, com quem ficou por apenas dois anos, até 1995. Os dois são pais de Maria Luiza, e o ex casal mantem uma relação amigável ate os dias atuais. Em 1996 começou a namorar o ator Marcos Winter, com quem se casou em 1997, mesmo ano em que teve sua segunda filha, Ana Clara, que assim como os pais, segue a carreira artística. O casamento durou até março de 2003. Em setembro do mesmo ano, Paloma começou a namorar o cantor Oswaldo Montenegro, 21 anos mais velho que ela, com quem se casou alguns meses depois. O casal se separou em janeiro de 2009.
Ainda em 2009, a atriz iniciou namoro com o ator Gabriel Braga Nunes, com quem contracenava em Poder Paralelo, ficando junto até abril de 2011. No mesmo mês começou a namorar o ator Bruno Ferrari. Os dois se casaram em agosto de 2012 e em 2016 nasceu o filho do casal Antonio.
Recentemente, Paloma Duarte compartilhou uma foto com o marido nas redes sociais e se declarou ao amado. “Juro. Bom dia”, iniciou a legenda. “Gostoso. Vou morder. Socorro. Meu marido é um tesão. Me larga. Me pega. Febre. Te amo”, escreveu na sequência usando hashtags.