Née à Saragosse en 1980, elle a travaillé comme opératrice de caméra, assistante, électricienne, directrice de la photographie, scripte, monteuse, scénariste et réalisatrice. Elle a étudié à l'Université de Saragosse et à l'ECAM, où elle a obtenu un diplôme de directrice de la photographie en 2006.
Après ses débuts en tant que réalisatrice avec Sonrisas (2005, court-métrage), elle a réalisé d'autres courts-métrages comme Niño Balcón et Chan Chán.
Le premier long-métrage de Palomero, le drame d'apprentissage Schoolgirls sorti en 2020, lui a valu deux prix Feroz (Meilleure réalisation et Meilleur scénario) et deux Goya Awards (Meilleure nouvelle réalisatrice et Meilleur scénario original).