Pauley débute dans le café-concert en 1904 où son embonpoint prête à rire, il chante le répertoire tourlourou. Il enregistre six disques pour la compagnie française du gramophone en 1919.
Les critiques l'accusent de ne pouvoir jouer autre chose que des pitreries dans des comédies lourdes, et de chanter des chansons idiotes (avec une incursion dans le répertoire de Dranem). D'après André Antoine, « Les auteurs, le directeur [du théâtre] et sans doute lui-même ont abusé de son obésité »[4]. En 1928, il crée sur scène le rôle de Régis de Castel-Bénac dans Topaze de Marcel Pagnol. La subtilité de son jeu est alors reconnue et, lorsqu'un critique s'étonne « qu'il ait caché si longtemps son talent en régalant le public de pitreries, il répond [qu'il] joue les rôles qu'on [lui] donne, et lorsqu['il a] fait des pitreries, c'est parce qu'il n'y avait rien d'autre à faire »[4].
Très cultivé et fin bibliophile, il joue des vaudevilles avec une grande finesse, et Colette remarque dans une de ses chroniques sur les spectacles : « Paradoxalement à son physique, lorsqu'il joue, il est léger comme une montgolfière »[5].
En 1931, il imite Lucienne Boyer, le public hurle de rire. La même année, il reprend à l'écran le rôle qu'il a joué sur scène dans Le Blanc et le Noir de Sacha Guitry, et l'année suivante (1932), il interprète à nouveau le rôle de Régis de Castel-Bénac dans la version filmée deTopaze, aux côtés de Louis Jouvet. Dans d'autres films, « les réalisateurs usent à outrance des effets comiques de son obésité[6] ».
Il enregistre quelques disques chez Polydor entre 1931 et 1933. En 1936, il participe à l'une des toutes premières émissions de la télévision française en compagnie de la tyrolienne Esther Kiliz.
Mort à 52 ans d'un œdème pulmonaire[7], Paul Pauley était marié depuis juin 1906 à l'artiste lyrique Victorine dite Jane Fournier[8] dont il avait légitimé la fille [9]. Il repose dans le cimetière de Mortcerf (Seine-et-Marne) où il possédait une maison de campagne.
A l'initiative de sa veuve, la dispersion de la bibliothèque de Pauley se déroulera à l'Hôtel Drouot en trois vacations les 20, 21 et 22 février 1939[10]. La vente, suivie par de nombreux bibliophiles[11],[12], rapportera environ 245.000 francs à la succession[13].