Pamela Brown étudie à la Royal Academy of Dramatic Art de Londres, et débute au théâtre en 1936, notamment dans le rôle de Juliette du Roméo et Juliette de William Shakespeare, à Stratford-upon-Avon, aux côtés de Peter Glenville et
Trevor Howard. Au cours de sa carrière sur les planches, elle interprète d'ailleurs souvent Shakespeare, entre autres à Londres. Entre 1947 et 1960, elle se produit aussi à Broadway (New York), dans cinq pièces -- dont trois mises en scène par
John Gielgud, également acteur (ex. : L'Importance d'être Constant d'Oscar Wilde et Amour pour amour de William Congreve, présentées en 1947) --.
Au cinéma, de 1942 à 1972, elle contribue à seulement vingt-deux films (majoritairement britanniques, plus quelques films américains ou co-productions). Deux de ses plus connus, américains, sont La Vie passionnée de Vincent van Gogh de
Vincente Minnelli -- qu'elle retrouvera en 1970 dans Melinda --, sorti en 1956 (rôle de Christine), et Cléopâtre de
Joseph L. Mankiewicz, sorti en 1963 (rôle de la Grande Prêtresse). Parmi ses films britanniques, trois sont réalisés par
Michael Powell (dont elle est un temps la compagne) et
Emeric Pressburger, notamment le film musical Les Contes d'Hoffmann, sorti en 1951, adaptation de l'opéra éponyme de Jacques Offenbach. Et en 1955, Pamela Brown participe à l'adaptation au cinéma (la seule fois de sa carrière) d'une pièce de Shakespeare, Richard III de (et avec)
Laurence Olivier, où elle personnifie Jane Shore. De plus, elle retrouve Peter Glenville, réalisateur en 1964 du film biographique Becket, où elle est cette fois Aliénor d'Aquitaine, avec Peter O'Toole dans le rôle-titre.
À la télévision, entre 1950 et 1975, elle apparaît dans sept téléfilms et vingt-huit séries, dont le feuilleton Fall of Eagles, diffusé en 1974.