Palvin hatte ihre ersten Modeljobs mit 13 Jahren. Damals hatte sie auch ihr erstes Foto-Shooting für das Spur Magazine. Danach erhielt sie in Asien weitere Aufträge. Sie war unter anderem auf den Titelseiten von L’Officiel, Vogue Russia, Glamour Hungary oder Jalouse Magazine und modelte für Armani Exchange, H&M, Victoria’s Secret, River Island und Pull & Bear. Ihr Laufstegdebüt gab sie für Prada während der Milan Fashion Week im Februar 2010. Sie hatte weitere Laufstegjobs für Louis Vuitton, Miu Miu, Nina Ricci, Emanuel Ungaro, Christopher Kane, Julien MacDonald, Jeremy Scott, Vivienne Westwood, Etro und eröffnete die Pre-Fall-Chanel-Show 2011. Im Februar 2012 wurde sie zur Botschafterin für L’Oréal Paris.[1]
2014 spielte Palvin in dem US-Abenteuerfilm Hercules in einer kleinen Nebenrolle als Antimache mit.