Nació el 14 de marzo de 1939 en Sevilla. Hermana del cineasta Juan Antonio Bardem, es también sobrina de la actriz cómica Guadalupe Muñoz Sampedro y la madre de Javier Bardem.
En 1995, Agustín Díaz Yanes le ofreció un papel en la película "Nadie hablará de nosotras cuando hayamos muerto". Al año siguiente se alzaba con el título de mejor actriz secundaria del año en los Premios Goya. En esa misma noche su sobrino, Miguel Bardem, recogía el Goya al mejor cortometraje. La ceremonia finalizaba con la proclamación de Javier Bardem como mejor Actor del año.
A partir de entonces se le acumularían las ofertas: "Airbag", de Juanma Bajo Ulloa (1996); "Carne trémula" de Pedro Almodóvar (1997); "Pantaleón y las visitadoras", de Francisco Lombardi (1999); o "Cosa de brujas", de José Miguel Juárez (2003). Estos trabajos los compaginó con su intervención en series como "Hermanas", "Kitty no para", "El inquilino", o "Abierto 24 horas", donde compartía títulos de crédito con Pedro Reyes, Beatriz Rico y Luis Merlo.
También en teatro le sonreía el éxito. En "5mujeres.com" recitaba monólogos sobre la condición de la mujer en una sociedad machista. La acompañaban Llum Barrera, Beatriz Carvajal y Toni Acosta. Las cuatro obtendrían una candidatura conjunta a los Fotogramas de Plata.
En ese mismo año, Pilar Bardem protagonizaba "María, querida" (2004), de José Luis García Sánchez, biografía de María Zambrano que le reporta el premio a la mejor actriz de la SEMINCI de Valladolid así como una nueva candidatura al Goya