پروانه معصومی در ۱۱ اسفند ۱۳۲۳ در تهران زاده شد. او از دانشکده زبان‌های خارجی دانشگاه ملی ایران فارغ‌التحصیل شد و سپس برای مدتی برای ادامه تحصیل به آلمان رفت.او در فیلم بی‌تا ساخته هژیر داریوش در نقش کوتاهی در کنار گوگوش بازی کرد. معصومی بعدها گفته که برای نخستین بار آن را در سال ۱۳۷۴ دیده‌است.
معصومی در آلمان با مسعود معصومی که آن زمان دانشجوی عکاسی بود آشنا شد و با هم ازدواج کردند. آنها پس از تحصیلات معصومی به ایران بازگشتند و معصومی از اوایل دهه ۱۳۵۰ وارد فعالیت هنری شد. اوج پرکاری وی در سینما به دهه ۶۰ برمیگردد.