1900년 빈에서 명망 있는 유대인 집안의 화학자 볼프강 조셉 파울리의 아들로 출생하였다. 그는 빈의 되블링어 김나지움을 졸업하고 불과 두 달 후에 상대성 이론에 관한 그의 첫 번째 논문을 발표하였다. 이후 뮌헨 대학교에 진학하였고, 뮌헨 대학교에서 아르놀트 조머펠트의 지도를 받아 1921년에 이온화된 수소 분자에 관한 양자이론으로 박사 학위를 받았다. 이후 유럽의 여러 대학에서 활동하며 강사 및 연구원으로 활동하였으며 주로 취리히 연방공과대학교의 교수로 지내다가 제2차 세계대전 중에는 미국의 프린스턴 고등연구소에서 객원 교수를 지냈다. 전쟁이 끝나고서는 다시 취리히 연방공과대학교의 교수로 돌아갔다. 1958년 12월 15일 취리히에서 사망하였다. 저서로는 『상대성 원리』, 『양자론』 등이 있다.