El 6 de mayo de 2024, Paolini alcanzó su mejor clasificación individual la cual fue la número 7 del mundo. El 10 de junio de 2024, alcanzó el puesto número 14 en el ranking de dobles. Ha ganado dos títulos en individual y cuatro en dobles en la WTA. Además nueve títulos individuales y un título de dobles de la ITF.[1]
Paolini recibió un wildcard para el cuadro principal en el Internazionali BNL d'Italia 2015 en el evento de dobles asociada con Nastassja Burnett.
En junio de 2024, al llegar a su primera final de Grand Slam en el Torneo de Roland Garros 2024 se convirtió en la tercera italiana en llegar a la final de este torneo después de que lo hicieran Francesca Schiavone dos veces y Sara Errani en una ocasión.
En julio de 2024, tras ganarle a Emma Navarro en los cuartos de final en el Campeonato de Wimbledon 2024 se convirtió en la primera jugadora italina en llegar a semifinales en Wimbledon. Sin embargo no quedaria allí, le ganaría a Donna Vekić en semefinales en 3 sets y así obtener un nuevo récord en su carrera en ser la primera tenista italiana en llegar a dos finales de Grand Slam en dos superficie distinta siendo la última en hacer esto Serena Williams en 2016.