Pompeja urodziła się w I wieku p.n.e. jako córka Kwintusa Pompejusza Rufusa i Kornelii, córki rzymskiego dyktatora Lucjusza Korneliusza Sulli. Była wnuczką Sulli oraz daleką krewną Gnejusza Pompejusza Wielkiego. W 67 roku p.n.e. poślubiła Gajusza Juliusza Cezara, stając się jego drugą żoną po śmierci pierwszej małżonki, Kornelii. Małżeństwo to miało charakter polityczny, mając na celu umocnienie pozycji Cezara wśród optymatów i zbliżenie się do stronnictwa Pompejusza. Związek ten nie był udany i nie doczekał się potomstwa. W 62 roku p.n.e. doszło do skandalu, gdy Publiusz Klaudiusz Pulcher, przebrany za kobietę, wkradł się na święto Bona Dea, zastrzeżone wyłącznie dla płci żeńskiej, prawdopodobnie w celu spotkań z Pompeją. Choć Pulcher został uniewinniony, Cezar rozwiódł się z żoną, twierdząc, że „moja żona nie powinna być nawet podejrzewana”. Po rozwodzie brak jest wiarygodnych informacji o jej dalszych losach.