Pauline Carolus-Duran kam als Tochter von Achille Jean Baptiste Boucher und Louise Carbonna Croizette in Sankt Petersburg zur Welt. Beide Eltern waren Franzosen, die Mutter trat als Tänzerin am Mariinski-Theater auf. Ihre Schwester Sophie Croizette wurde später Schauspielerin. Beide Schwestern waren mit der Schauspielerin Sarah Bernhardt bekannt, die Pauline Carolus-Duran in ihren Memoiren als „ruhig“, „kalt“ und „schön“ beschrieb.[2]
Ihre Ausbildung zur Malerin erhielt sie im Atelier von Edme-Adolphe Fontaine. Beim Kopieren von Gemälden im Louvre lernte sie 1868 den Maler Carolus-Duran kennen, der sie in ihrer Malerei unterstützte und ihr Unterricht gab. Beide heirateten noch im selben Jahr. Aus dieser Ehe gingen drei Kinder hervor. Die Tochter Marie-Anne heiratete später den Dramatiker Georges Feydeau.
Pauline Carolus-Duran stand ihrem Mann wiederholt Modell. Im Gemälde Le Baiser (Palais des Beaux-Arts de Lille) von 1868 sind beide Eheleute als Verliebte beim Kuss dargestellt, in Porträt einer Künstlerin in ihrem Atelier (La Salle University Art Museum, Philadelphia) zeigt er die Malerin an der Staffelei. 1869 malte ihr Mann sie als La dame au gant (Musée d’Orsay, Paris), ein Bild, das im Salon desselben Jahres ein großer Erfolg wurde.
Sarah Bernhardt: Mein Doppelleben: Memoiren. Schulze, Leipzig 1908.
Carolus-Duran (Mme Pauline-Marie-Charlotte) née Croizette. In: Dictionnaire critique et documentaire des peintres, sculpteurs, dessinateurs et graveurs de tous les temps et de tous les pays. Band 2: Betto–Chilingovsky. Gründ, Paris 1976, ISBN 2-7000-0150-8, S. 537 (französisch, Textarchiv – Internet Archive – Leseprobe).