Rođena u Požarevcu 1909.god. kao jedino dete požarevačke učiteljice Danice Pavlović i italijanskog kompozitora, pesnika i putopisca Bruna Barilija.
Školovala se na beogradskoj Kraljevskoj umetničkoj školi, da bi nakon diplomiranja 1926. nastavila školovanje u Minhenu, na Blocherer Bosshardt, Knirr Schule i Akademie der Bildenden Kunste, gde ostaje do 1928.
Iz Minhena odlazi u Španiju, da bi zatim nastavila umetničku karijeru u drugim evropskim prestonicama, Londonu, Parizu i Rimu.
Uoči Drugog svetskog rata prelazi u Njujork, gde ostaje do kraja života. U SAD je sarađivala sa modnim žurnalima: Vogue, Harper's Bazzar, Glamour, Charm, kao i sa časopisom za uređenje enterijera i eksterijera Town&Country. Godine 1943. udala se za 10 godina mlađeg Roberta Tomasa Astor Goselina iz Čikaga.
Osim slikarstvom i modnim dizajnom, tokom celog života bavila se i pesništvom. Umrla je u Njujorku 6. marta 1945, možda od posledica pada sa konja ili od srčanog udara.
Milena je bila umetnica velike strasti
Ono po čemu će Milena Pavlović Barili zaista ostati upamćena jesu, pored dela velike estetske vrednosti, njen„Sa umetnošću nadrealizma njeno slikarstvo povezuje kreativni čin koji se odvija kao rezultat neusredsređenog napora, bez naknadnih dorada, gde su fragmentisane figure i fantazmagorične kompozicije povezane labavo, poput scena iz sna. Tu su i motivi ljubavi, smrti, androginije, dvojnika, dakle ideje i elementi koji iz psihoanalize dolaze u nadrealizam.”a ogromna stvaralačka strast i neumorna borba za stvaralačke ideale.
Sahranjena je na groblju stranih umetnika u Rimu.