Pascale Roberts suit des cours d'art dramatiques à Paris avant de se révéler en 1956 dans les Mémoires d'un flic de Pierre Foucaud. Jouant régulièrement aux côtés d'Eddie Constantine, elle se spécialise dans les rôles de femmes fatales, usant de son physique avantageux dans Les Moutons de Panurge (1960), Dans la gueule du loup (1961) ou encore Nous irons à Deauville (1962).En 1965, Pascale Roberts est au générique du thriller Compartiment tueurs, de Costa-Gavras, signe annonciateur d'un changement de cap vers des rôles plus sombres qui interviendra véritablement dix ans plus tard avec Dupont Lajoie. On la voit ensuite s'illustrer dans le film noir aux côtés d'Alain Delon, d'abord dans Trois hommes à abattre de Jacques Deray (1980), puis en junkie dans Pour la peau d'un flic (1981). Elle se fait ensuite plus discrète, apparaissant notamment au générique du Grand Chemin, en 1986.Si les années 90 voient Pascale Roberts travailler avec Jean-Pierre Mocky (Le Mari de Leon, 1992) et Bertrand Tavernier (La Fille de d'Artagnan, 1994), elles sont surtout l'occasion pour elle d'entamer une riche collaboration avec le cinéaste provençal Robert Guédiguian, qui la fait jouer dans tous ses films, de A la vie, à la mort ! à La Ville est Tranquille, en passant par Marius et Jeannette.A l'aube du nouveau millénaire, la comédienne s'illustre au générique des comédies Pas si grave de Bernard Rapp et Je reste ! de Diane Kurys. En 2004, elle retrouve Robert Guédiguian pour le long-métrage Mon père est ingénieur.
