Pauline Oliveros naît à Houston le 30 mai 1932, d’une mère pianiste et d’un père danseur. Très tôt, son oreille se rend sensible aux sons de l’environnement : le craquement de la radio à ondes courtes de son père ; le chant des oiseaux ou des grenouilles ; les voix de ses parents, mélangés au bruit du moteur pendant les voyages en voiture… À l’âge de 9 ans, elle se prend de passion pour l’accordéon que sa mère rapporte à la maison, un instrument qu’elle étudie auprès de Willard A. Palmer à la Moores School of Music de l’Université de Houston, tout en apprenant à jouer du cor et du tuba à l’école.

La découverte de son homosexualité l’incite à quitter le Texas, État très conservateur. Décidée à devenir compositrice, elle déménage à San Francisco en 1952, où elle enseigne l’accordéon et le cor pour gagner sa vie et étudie la composition au San Francisco State College auprès de Robert Erickson. C’est là qu’elle fait la connaissance de Terry Riley et Loren Rush, avec qui elle formera un éphémère trio d’improvisation en 1957, l’année même où elle décroche son diplôme de composition. Plus tard, en 1964, elle participera à la création de In C de Terry Riley, œuvre fondatrice de l’esthétique minimaliste.

En 1958, elle vit une expérience de l’ordre de l’épiphanie en réalisant que son magnétophone enregistre des sons qu’elle ne perçoit pas elle-même. Elle décide alors d’étendre autant que possible sa conscience des sons qui l’entourent.

L’année suivante, elle s’associe aux compositeurs Ramon Sender et Morton Subotnick pour monter, avec l’aide d’Erickson, un studio d’électroacoustique à l’Université de San Francisco. Leurs créations, qui mixent improvisation et enregistrements sur bande, sont présentées au cours d’un concert intitulé Sonics, en 1960. La première pièce électronique d’Oliveros, Time Perspectives (1961), résulte de ces expériences. Sender et Subotnick quittent le conservatoire en 1961 pour créer le San Francisco Tape Music Center. Oliveros écrit alors une pièce vocale, Sound Patterns, largement inspirée par l’expérience électronique, qui remporte le prix de la Fondation Gaudeamus.

En 1966, elle compose une série de pièces électroacoustiques à l’Université de Toronto. La même année, le San Francisco Tape Music Center bénéficie de fonds de la Fondation Rockefeller, puis en 1967, accepte une bourse de 15.000 dollars pour rejoindre le Mills Center for Contemporary Music. Oliveros en devient la directrice – elle y composera la série des Bogs. En 1968, elle accepte un poste d’enseignante à l’Université de San Diego, où elle rencontre le physicien et maître de karaté Lester Ingber avec qui elle collabore à des recherches sur l’attention portée à l’écoute de la musique. Ces recherches aboutiront en 1971 à la composition des Sonic Meditations.

Elle quitte San Diego en 1981, arrête momentanément l’enseignement pour vivre de son art et s’installe à Kingston, dans le nord de l’État de New York. En 1985, elle créée la Fondation Pauline Oliveros (qui deviendra, en 2005, le Deep Listening Institute), dont l’une des missions est de promouvoir l’œuvre de femmes compositrices (Anna Rubin, Shelley Hirsch, Lois V. Vierck…) et développe en 1988 la notion de deep listening (écoute profonde) pour qualifier ses travaux croisant la musique et la pratique de la méditation.

À l’invitation de Joe Catlano, Oliveros participe en 1991 à une expérience « télé-musicale » consistant à faire jouer ensemble plusieurs musiciens situés dans six villes différentes : Kingston (NY), New York (NY), Houston (TX), San Diego (CA), Los Angeles (CA) et Oakland (CA). À partir de 1996, elle occupe la chaire d’enseignement Darius Milhaud Composer in Residence au Mills College, puis enseigne, de 2001 à sa mort, au Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY. Au cours des années 1990 et 2000, sa musique, longtemps restée confidentielle, sur disque, fait l’objet de multiples éditions et rééditions, grâce à l’activisme de certains labels de musique expérimentale : Lovely Music, Important Records, Table of the Elements, Sub Rosa, Pogus, Hat Hut…

Oliveros est lauréate, en 1999, d’un prix de la Society for Electro-Acoustic Music in the United States, pour l’ensemble de son œuvre, et en 2009, du prix William Schuman de l’Université de Columbia, pour l’ensemble de sa carrière. Une rétrospective de son œuvre (de 1960 à 2010) a lieu au Miller Theater à l’Université de Columbia, le 27 mars 2010.

Pauline Oliveros meurt dans son sommeil le 24 novembre 2016. Elle était âgée de 84 ans.