潘之琳中学就读于上海市市西初级中学，高中在上海戏剧学院附属高级中学；2008年，考入北京电影学院表演系2009年，获得二等奖学金。2010年，获得国家奖学金。2012年，读北京电影学院表演系研究生。
1998年，参演的《老房有喜》播出，饰演小燕子。
2010年，与张翰、江铠同合作出演爱情偶像剧《一不小心爱上你》，在剧中饰演酒店经理蓝米粒。2011年，在梦继执导的年代革命剧《风华正茂》中，饰演长沙商会陶会长的女儿陶斯咏。
2012年，与蒋欣、陈龙合作主演年代抗战剧《箭在弦上》，饰演性格柔弱善良的徐二航；同年，在革命励志剧《青海花儿》中，饰演热血青年潘启月。
2013年，与蒋雯丽、于荣光合作出演年代情感剧《娘要嫁人》，在剧中饰演命运波折的王方；同年，在都市喜剧片《金太狼的幸福生活》中，饰演任性率真，敢爱敢恨的画家颜子淳。
2014年，在古装喜剧片《江湖论贱实录》中，饰演心怀梦想的女孩王二丫；5月，与黄渤、袁泉合作出演年代谍战剧《锋刃》，在剧中饰演擅长使用各种枪支刀具的女杀手兰英；9月，与李幼斌、李立群合作出演都市商战剧《活法》，饰演敢想敢闯、个性鲜明的女记者江雨瞳；11月，在民国谍战剧《金战》中，饰演善用美人计诱惑他人的女特务杨云嫣；
2015年，主演都市偶像情感电视剧《闪亮茗天》，在剧中饰演茶艺师的女儿杜心羽；同年，主演民国爱情剧《四千金》，饰演思维敏捷、风趣活泼的简如恬。
2016年，在李牧鸽执导的都市情感剧《职场是个技术活》中，饰演高级经理人许诺；同年，与郑智薰、宋茜合作出演青春爱情剧《八月未央》。
2017年6月，潘之琳与罗晋领衔主演都市情感剧《真爱的谎言之破冰者》；9月，领衔主演都市情感剧《职场是个技术活》，在剧中饰演直率大方、雷厉风行，处理职场问题手到擒来的许诺。
2018年2月，潘之琳主演的民国爱情剧《翩翩冷少俏佳人》播出，在剧中饰演聪慧、坦率、思维敏捷的简家二女儿简如恬。
2019年10月13日，主演的电视剧《光荣时代》播出，在剧中饰演白玲。
2014年1月16日，潘之琳前往北京市海淀区聋儿康复中心探访聋哑儿童，献出了自己对孤残儿童的一份关爱。
2015年，参与壹基金公益映像节“万人空象”公益活动。
潘之琳，在荧屏中不断突破自我，被誉为“长江以南第一才女”，在表演上显得驾轻就熟，发挥的游刃有余，用成熟、到位的演绎，以及出色的表现让观众惊喜不已。她在电视剧《活法》中，首次出演独立自主、爱憎分明的财经记者，其中清爽明快的造型，和对生活乐观向上的态度，也引发了不少观众对这位“明朗少女”的纷纷点赞。
潘之琳以她清澈的眼神、甜美的笑容、扎实的演技以及精彩表现征服了很多观众，她在电影《江湖论剑实录》中饰演女一号王二丫，因惊艳的造型和出色的表演获得好口碑。
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