Après des études en sciences politiques, Pascale Arbillot décide de revenir vers ses aspirations de comédienne. Après un passage sur les planches, elle obtient un petit rôle de secrétaire dans L'Affaire (1994), un film de Sergio Gobbi réunissant au casting F.Murray Abraham, Robert Hossein, et Bruno Wolkowitch. Elle enchaîne ensuite les prestations pour le petit écran dans divers téléfilms et séries dont Crimes en série, dans laquelle elle interprète le personnage récurrent de Maud Berthier (de 1998 à 2003). En 1999, elle campe le premier personnage féminin du Sourire du clown aux côtés de Ticky Holgado, Vincent Elbaz et François Berléand. L'année suivante, elle donne la réplique à Didier Bourdon et Bernard Campan dans L'Extraterrestre. En 2001, elle incarne la muse d'Arthus de Penguern (son compagnon à la ville) sous les traits d'Odile Bonheur pour le film Grégoire Moulin contre l'humanité. Trois ans plus tard, elle joue avec Julie Gayet et Julien Boisselier dans la comédie sentimentale Clara et moi.En 2005, on la retrouve à l'affiche d'Espace détente (l'adaptation sur grand écran de la série Caméra café), et Edy (qui marque l'une des dernières apparitions de Philippe Noiret). Elle tourne ensuite sous la direction de Jacques Bral dans le film noir Un printemps à Paris avec pour compagnons de jeu Eddy Mitchell et Sagamore Stévenin. En 2008, on peut la voir dans Notre univers impitoyable avec Jocelyn Quivrin et Alice Taglioni. Puis elle apparaît au casting de Parlez-moi de la pluie d'Agnès Jaoui. On la retrouve en 2009 dans le film de Gad Elmaleh, Coco, où elle incarne la femme de Coco, interprété par Gad lui-même.
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