Especializada en la Música Medieval con los más grandes intérpretes e investigadores del repertorio, Paloma Gutiérrez del Arroyo ha actuado en escenarios europeos como cantante e intérprete de salterio con los conjuntos españoles, franceses e italianos: Puy de sons d´autrefois y Oiet (que confundó y con los que actuó regularmente hasta 2015 y 2017 respectivamente), Ars Combinatoria, Fa super La, Malandança, La Reverdie, La Frottola, Contrafacta, Rosace, Dialogos, Le Jardin des Délices, La Compagnie Orion y Azalaïs, en varios dúos: con la cantante Catherine Schroeder, el multi-instrumentista Bill Cooley y el arpista Manuel Vilas, y con los actores Philippe Borrini y Carole Visconti, y en trío con el arpista Manuel Vilas y con el multi-instrumentista Efrén López. Además, ha cantado en obras teatrales en España y Francia, y estrenado obras contemporáneas: un oratorio de Sasha Zamler-Carhart, Sponsus, Toulouse 2012, y obras de otros compositores como Arantxa Lorenzo de Reizábal (Alcalá de Henares, 2018), Jean-Marie Gagez (Gargenville, 2014) y Dominique Vellard (Ravensbrück, 2023). Asimismo, desde su creación en 2015, integra el conjunto vocal Cantaderas, un cuarteto vocal dedicado a la música tradicional ibérica y a determinados repertorios de la Música Antigua relacionados con ella. Recientemente ha fundado junto a otras tres cantantes el Proyecto EVOCA (Exploración de la Vocalidad y la Oralidad del Canto Antiguo), con el que pretende explorar los límites de la tradición oral en monodia y polifonía, y que disfrutó en 2021 y 2022 de una residencia artística en el Aula de Música de la Universidad de Alcalá de Henares. EVOCA colabora actualmente con la Universidad Complutense de Madrid.

Ha grabado dos discos (además de colaborar puntualmente en otras grabaciones discográficas): Uno en dúo con el arpista Manuel Vilas, publicado en marzo de 2020 por la discográfica holandesa Etcetera-records con música del trovador Bernart de Ventadorn (s. XII): “Chantador de joi d’amor”. El otro, junto al ensemble Cantaderas que propone un diálogo entre las Cantigas de Santa María del s. XIII y repertorios de tradición oral de la península ibérica aún vivos a principios del s. XX, “As festas do anno” (publicado por la discográfica francesa Arion en octubre de 2020).

Realiza una actividad pedagógica y de divulgación del repertorio medieval para público adulto e infantil, no iniciado, amateur o especializado, habiendo impartido talleres, cursos y master-classes en Francia (Centre de Musique Médiévale de Paris, Fondation Royaumont, Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Lyon, conservatorios de Vitry-sur-Seine, Montbard y de Saint-Maur-des-Fossés, Puy-en-Velay, Cluny), Italia (Pueri Cantores del Duomo di Udine) y España (Fundación Lázaro Galdiano, Real Conservatorio Superior de Música de Madrid, Universidades Autónoma y Complutense de Madrid, Universidad de Alcalá de Henares, Universidad Autónoma de Barcelona, Curso de Música Antigua de Morella, Centro de Estudios del Románico-Fundación Santa María la Real, Escuela Superior de Canto de Madrid, Biblioteca Nacional de España, etc.), e imparte desde 2011 cursos de interpretación a partir de las fuentes manuscritas dentro de los cursos organizados cada seis meses por la AIZ (Asociación Ibérica de la Zanfona) en Casavieja, España. Ha colaborado con Radio Clásica-RNE realizando dos programas de ocho capítulos titulados "La voz en la Edad Media" (junio 2016) y "Música medieval en las bibliotecas de hoy" (mayo 2017). En 2016 fundó en Madrid, en el seno de la Institución Libre de Enseñanza, la Escuela de Música Medieval y de Tradición Oral, dedicada a la enseñanza de ambos vastos repertorios. Este año 2023-2024 la Escuela celebra su octava edición de cursos.

Viene de una formación clásica de piano y oboe y de una formación en Música Antigua iniciada en su infancia, que le llevó a estudiar canto (en Madrid con Itzíar Álvarez, París con Anne Delafosse y Basilea con Dominique Vellard) y a especializarse en el repertorio medieval, realizando cursos de formación principalmente en Italia (Centro di formazione permanente per la musica e le arti del medioevo, Parma, con Claudia Caffagni), en Francia (Centre de Musique Médiévale de Paris, con Catherine Schroeder, Brigitte Lesne y Gérard Geay, entre otros; Fondation Royaumont, con los ensembles Musica Nova y Dialogos; en la universidad Paris-Sorbonne (Paris IV), Master 2 professionnel "Pratique de la Musique Médiévale", impartido entre otros, por Benjamin Bagby, Katarina Livljanic y Raphaël Picazos; y cuatro años de contrapunto medieval en el Conservatoire à Rayonnement de Val-Maubuée con este último) y en Suiza (durante tres años como "visiting student" de los cursos de Dominique Vellard en la Schola Cantorum Basiliensis). Asimismo, ha realizado un Master 2 recherche en la universidad Paris IV, bajo la dirección de Isabelle Ragnard, con el repertorio de los trouvères como tema de investigación. Paralelamente a la carrera musical realizó una carrera científica que concluyó con una tesis en biofísica (CNB-CSIC-UAM) y el título de Doctor en 2009.