Junto a su marido Jaques Morelenbaum, destacado chelista y principal arreglista de Caetano Veloso, formó parte fundamental de la banda deAntonio Carlos Jobim entre los años 1984 y 1994, en giras por casi todo el planeta. También participó en varias grabaciones de Jobim, como Passarim, Antonio Brasileiro, Tom canta Vinicius.
Además, Paula Morelenbaum fue parte del Quarteto Jobim-Morelenbaum, con su marido Jaques y el hijo y el nieto de JobimPaulo y Daniel respectivamente.
A comienzos de la década de 1980 destacó en el grupo vocal Céu da boca. Posteriormente, formó el trío Morelenbaum2/Sakamoto, junto a su marido y al compositor y pianista japonés Ryuichi Sakamoto.
En el 2004, Paula hizo un homenaje a Vinicius de Moraes, bajo el nombre Berimbau. En 2008, publicó el disco Telecoteco, trabajo con arreglos nuevos de viejos clásicos de la música brasileña.