Efter utbildning för Agrippina Vaganova i Leningrad anställdes Ulanova 1928 vid den ensemble som sedan blev Kirovbaletten. Hon dansade de traditionella ballerinarollerna och efter 1930 även samtida koreografiska verk. Från 1933 gästspelade hon på Bolsjojteatern i Moskva, där hon var engagerad 1944–62.