Paulien Ilse Maria van Deutekom werd op 4 februari 1981 geboren in Den Haag. Ze begon haar loopbaan als schaatsster bij Schaatsclub Gouda. Via de selectiegroep onder leiding van Wim Nieuwenhuizen stapte zij over naar de gewestelijke selectie van Zuid-Holland, die werd getraind door Wim den Elsen.

Pas op 24-jarige leeftijd brak ze op onorthodoxe wijze door. Als gewestelijk rijdster verwees de Goudse bij de World Cup in Calgary (2005) het nationaal record van Annamarie Thomas op de 1500 meter naar de geschiedenisboeken. Ze liet de chrono's stilstaan op 1.55,43. Van Deutekom haalde dat seizoen ook de Olympische Spelen van Turijn, waar ze dertiende werd op de 1500 meter.

In het voorjaar van 2006 leverde deze doorbraak haar een contract op bij de TVM Schaatsploeg, waar ze werd binnengehaald als 'trainingsmaatje' van Renate Groenewold en Ireen Wüst. Binnen twee jaar groeide de sparringpartner zelf uit tot wereldkampioene. In de winter van 2007/2008 won ze bij de NK Afstanden haar eerste twee nationale titels, op de 1000 en 1500 meter. En dat terwijl ze twee weken voor de afstandskampioenschappen nog geopereerd was aan haar enkel.

Bij de World Cups die hierop volgden, in Salt Lake City en Calgary, moest Van Deutekom echter langs de kant toekijken. Er was een bacterie in haar enkel gekomen, waardoor de wond was gaan ontsteken. "Ik kon zelfs niet meer op mijn voet staan, zo erg was het", vertelde ze. "Dat was even slikken. Je bent op de snelste ijsbanen van de wereld, je weet dat je goed bent, maar je kan het niet laten zien."

Wereldkampioen 
Later dat seizoen viel alles echter op zijn plaats. Bij het EK Allround moest ze Wüst nog voor zich dulden, maar bij het WK in Berlijn 2008 beleefde Van Deutekom haar sportieve hoogtepunt. Ze werd wereldkampioen allround, als vijfde Nederlandse vrouw in de historie. Op de afsluitende vijf kilometer kwam ze uitgeput over de finish. "En dan duurt het even voordat je beseft dat je wereldkampioene bent. Pas toen ik Gerard (Kemkers, red.) zag, wist ik het: ik was de nieuwe wereldkampioene! Echt gaaf."

Het seizoen 2007-2008 sloot ze glansrijk af. Op de WK Afstanden in Nagano won ze twee zilveren medailles (1500 en 3000 meter) en een gouden plak op de ploegenachtervolging. Bij dat onderdeel vormde ze een team met Wüst en Groenewold, met wie ze een band voor het leven opbouwde. Vanwege haar wereldtitels werd de Zuid-Hollandse in 2008 genomineerd voor de titel Sportvrouw van het Jaar. Die titel ging uiteindelijk naar wielrenster Marianne Vos, maar Van Deutekom kreeg wel de Ard Schenk Award als beste schaatsster van het jaar.

Van trainingsmaatje tot kopvrouw
Bij TVM was ze van trainingsmaatje 'kopvrouw' geworden. Fanatiek als ze was, zette ze er nog een tandje bij in de trainingen. Maar hiervoor betaalde ze in de volgende winter de tol. Ze raakte overtraind, moest het seizoen voortijdig staken en miste het jaar daarna zelfs de Winterspelen in Vancouver (2010). Van Deutekom besloot ver weg van huis en haard lange tijd rust te nemen. Ze moest fysiek en psychisch weer fris worden.

Terug in Nederland stapte ze over naar de Control-ploeg van Jac Orie. Zonder zich over de kop te jagen wilde Van Deutekom een nieuwe start maken. "Ik moet vooral goed naar mijn lichaam luisteren", zei ze. "Ik heb te hard en verkeerd getraind, ben te ver doorgegaan, mede omdat ik de Olympische Spelen in Vancouver wilde halen. Maar op het moment dat het fout gaat, heb je dat niet door. Je wilt graag, maar het lichaam doet niet wat je wilt. Je slaapt slecht, je voelt je niet meer jezelf en dat doet de meeste pijn. Ik denk dat zware overtraindheid te vergelijken is met een burn-out."

Optimisme
Het seizoen 2010/2011 stond in het teken van herstel. In 2014, bij de Spelen in Sotsji, wilde ze er weer staan. Haar optimisme was groot. Ze straalde weer voor de camera, zoals ze dat ook in haar beste tijden had gedaan. Iedereen werkte graag met Van Deutekom, die zich ook enthousiast inzette voor de breedtesport. De wereldtop bleek na haar terugkeer te hoog gegrepen, Van Deutekom slaagde er niet meer in haar oude niveau te halen. Omdat het seizoen 2011/2012 teleurstellend verliep, besloot ze in maart 2012 te stoppen met schaatsen.

Na haar sportieve loopbaan deed ze mee aan het tv-programma Expeditie Poolcirkel, waar ze in januari 2013 als winnaar uit de bus kwam. Ze rondde haar studie af en analyseerde schaatswedstrijden voor de NOS, onder meer bij de Winterspelen van Sotsji 2014. Ze ging aan de slag bij Topsport Amsterdam en werkte daarnaast als leefstijlcoach. Met haar man Kay kreeg Van Deutekom in 2017 een dochtertje. Vorig jaar werd ze ongeneeslijk ziek. Aan die ziekte is ze op 2 januari 2019 overleden.