Palicki, Ohio eyaletinin Toledo şehrinde dünyaya geldi. Nancy ve Jeffrey Palicki ailesinin 2. çocuğudur. Eric isminde bir abisi bulunan Palicki, Whitmer Lisesi'ni 2001 yılında bitirdi. Daha sonra Los Angeles'a taşınan Palicki, fast-food restaurantlarında çalışarak para kazanmaya başladı ve daha sonra çalışırken keşfedildi. 2006'dan 2009'a kadar Friday Night Lights dizisinde Tyra karakteriyle adını duyurdu. Smalville, Supernatural, South Beach gibi dizilerin ardından 2013 yapımı G.I. Joe: Misilleme filminde başrollerden birinde yer aldı. 2014'te Keanu Reeves'in oynadığı John Wick filminde yine önemli rollerden bir tanesini üstlendi. Sonrasında Agents of S.H.I.E.L.D. dizisinde Barbara "Bobbi" Morse karakterini canlandırdı.
2014 yılında John Wick filminin çekimleri esnasında tanıştığı dublör Jackson Spidell ile nişanlandı, ancak 1 yıl sonra çift yollarını ayırdı.