Especializada en música medieval con los más grandes intérpretes e investigadores de estos repertorios, Paloma Gutiérrez del Arroyo ha actuado en escenarios europeos como cantante e intérprete de salterio, principalmente con los conjuntos de los que es cofundadora: Puy de sons d´autrefois, ensemble Oiet, y en colaboración con los conjuntos de España, Francia e Italia como Ars Combinatoria, Malandança, La Reverdie, La Frottola, Contrafacta, Rosace, Dialogos y Le Jardin des Délices, y en dúo con la cantante Catherine Schroeder, el multiinstrumentista Bill Cooley y el arpista Manuel Vilas, y con los actores Philippe Borrini y Carole Visconti.
Ha cantado en obras teatrales y piezas contemporáneas (estrenando obras como el oratorio Sponsus de Sasha Zamler-Carhart, en Toulouse 2012, y En el corazón frontera de Arantza Lorenzo de Reizábal, en Alcalá de Henares en 2018), y, desde su creación en 2015, integra el conjunto vocal Cantaderas, un cuarteto dedicado a la música tradicional española y a determinados repertorios de la Música Antigua relacionados con ella.
Realiza una actividad pedagógica y de divulgación del repertorio medieval para público adulto e infantil, no iniciado, aficionado 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, Philharmonie de Paris, etc.), Italia (escolanía Pueri Cantores del Duomo di Udine) y España (Fundación Lázaro Galdiano, Real Conservatorio Superior de Música de Madrid, Universidad Autónoma de Madrid, Curso de Música Antigua de Morella, Centro de Estudios del Románico, BNE, cursos de la Asociación Ibérica de la Zanfona en Casavieja, etc.).
Ha colaborado con Radio Clásica-RNE (realizando el programa “La voz en la Edad Media” en junio 2016 y “Música medieval en las bibliotecas de hoy” en mayo 2017).
En enero de 2017 fundó en Madrid la Escuela de Música Medieval y de Tradición Oral, alojada en la Institución Libre de Enseñanza. Viene de una formación clásica de piano y oboe y de una formación en Música Antigua iniciada en su infancia, que la llevó a estudiar canto (en Madrid con Itziar 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, con Claudia Caffagni), en Francia (Centre de Musique Médiévale de Paris, con Catherine Schroeder y Brigitte Lesne, Fondation Royaumont, con los conjuntos Musica Nova y Dialogos, y en la universidad Paris-Sorbonne (Paris IV), Master 2 professionnel «Pratique de la Musique Médiévale», impartido entre otros, por Benjamín Bagby, Katarina Livljanic y Raphaël Picazos) y en Suiza (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 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.