Maria Luisa Pierangeli ve ikiz kardeşi Anna Maria, İtalya'nın Sardinya adasında doğdular. Onlar aynı zamanda farklı kişiliklere sahip çift yumurta ikizleriydi. Anna Maria hayalperest ve masumdu; Maria Luisa ise bağımsız ve çalışkandı. 1940'ların sonunda Roma'ya taşındılar. 1948'de yönetmen Vittorio De Sica Anna'yı Yarın Çok Geç Olacaktır (1950) filminde oynatınca hayatları değişti. 1950'de aile Hollywood'a taşındı ve Anna Maria adını Pier Angeli olarak değiştirdi.Marisa oyunculukla ilgilenmiyordu ama John Ford tarafından James Cagney'in başrolünü oynadığı Zaferin Bedeli (1952) filminde oynatıldı. Soyadını, ailesinin 2. Dünya Savaşı sırasında Nazilerden sakladığı Yahudi bir subayın adı olan Pavan olarak değiştirdi. Marisa Fox ile bir sözleşme imzaladı, ancak sözleşme bozulunca rahatladı. Kız kardeşinden daha geniş bir rol seçeneği istiyordu. Kırmızı Gül'de (1955) İtalyan ikon Anna Magnani'yi destekleyen performansıyla En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu dalında adaylık kazanan Pavan, Hz. Süleyman ve Saba Melikesi (1959) filminde Hollywood'a olan ilgisini kaybetti. Bunu sadece rol arkadaşı Tyrone Power'ın çekimler sırasında ölmesi nedeniyle değil, kötü bir deneyim olarak hatırlıyor. Pavan 1960'larda dikkatini televizyona çevirdi. Eşi Jean-Pierre Aumont ile birlikte, aralarında "Gigi"'nin de bulunduğu oyun ve müzikallerde Amerika ve Avrupa turnesine çıktı. Daha sonra Fransa'da sinemaya geri döndü. 2018 itibariyle Pavan Güney Fransa'da yaşıyor. Marisa, Alzheimer için tedavi bulmaya yönelik araştırmaları desteklemek amacıyla kurduğu URMA'nın (Unis pour la Recherche sur la Maladie d'Alzheimer) kurucusu ve yöneticisidir.