Родилась в Париже. Её родителями были великий князь Павел Александрович и Ольга Валериановна Карнович. После Октябрьской революции отец и брат — князь Владимир Палей — были арестованы большевиками и убиты.
В 1920 году с матерью и сестрой покинула Советскую Россию, работала манекенщицей в Париже. В 1927 году вышла замуж за модельера Люсьена Лелонга, с которым развелась в 1937 году. Появлялась на обложке журнала Vogue. В 1930-х годах сыграла в нескольких фильмах с Морисом Шевалье, Шарлем Буайе, Кэри Грантом и Кэтрин Хепбёрн. Дружила с Ж. Кокто, С. Лифарем, Л. Висконти, М. Дитрих, Сент-Экзюпери и др.
После переезда в США вышла замуж за бродвейского продюсера Джона Уилсона, являвшегося гомосексуалистом. Была любовницей немецкого писателя Эриха Марии Ремарка. Умерла в Нью-Йорке в 1981 году. Была бездетна.