Родилась 14 июля 1986 года в Новосибирске. Мать — Светлана Ханова, бывшая джазовая певица, позже стала театральным режиссёром и продюсером группы дочери.
С раннего возраста проявляла музыкальные способности. В четыре года впервые вышла на сцену. В восемь лет без экзаменов поступила в специальную музыкальную школу при Новосибирской консерватории и стала первой ученицей-вокалисткой за 25-летнюю историю учебного заведения.
В девять лет познакомилась с лидером группы «Калинов Мост» Дмитрием Ревякиным. Он направил видеокассету Пелагеи в Москву на конкурс «Утренняя звезда». Хотя в то время в программе ещё не было фольклорного блока, Юрий Николаев предложил ей участвовать в конкурсе победителей, где Пелагея заняла первое место и получила звание «Лучший исполнитель народной песни в России 1996 года» и премию в 1000 долларов США.
В десять лет подписала контракт с фирмой Feelee Records и переехала в Москву. Училась в музыкальной школе при Институте имени Гнесиных, а также в школе №1113 с углублённым изучением музыки и хореографии. Была стипендиатом фонда «Юные дарования Сибири» и участницей международной программы ООН «Новые имена планеты».
В 14 лет экстерном окончила школу и поступила в РАТИ (бывший ГИТИС) на эстрадное отделение, который окончила с красным дипломом в 2005 году.
В 2000 году создала группу, которая впоследствии получила название «Пелагея». В 2003 году коллектив записал первый альбом — «Пелагея». Позже вышли диски «Сингл» (2005), «Девушкины песни» (2007), «Сибирский драйв» (2009), «Тропы» (2010) и другие.
Пелагея участвовала в различных проектах и мероприятиях, в том числе:
- в 1997 году выступила на праздновании 850-летия Москвы;
- в 1998 году сольно выступила на саммите глав России, Германии и Франции;
- в 1999 году по приглашению Мстислава Ростроповича участвовала в музыкальном фестивале в Эвиане (Франция);
- в 2009 году участвовала в телешоу «Две звезды» в паре с актрисой Дарьей Мороз;
- в 2012 году стала наставницей в вокальном шоу «Голос»;
- в 2014 году озвучила божью коровку в мультфильме «Махни крылом»;
- в 2025 году была избрана послом международного музыкального конкурса «Интервидение-2025».
