Erik Palmstierna est le fils du diplomate Carl Fredrik Palmstierna (1823-1896). Il commence sa carrière dans la marine et devient capitaine en 1906. Il est toutefois transféré dans la réserve cette année-là et prend le poste de secrétaire de l'Association nationale du travail social.
En 1908, il fonde le "Club Palmstierna", également appelé "Nous", qui regroupe de nombreux jeunes politiciens radicaux. Il est la cheville ouvrière de la fondation de la Fédération des villes suédoises en 1908 et en devient le premier secrétaire.
Erik Palmstierna exerce de nombreux mandats politiques. Il est membre de la Seconde Chambre du Parlement suédois de 1909 à 1920, d'abord pour la circonscription de la ville de Stockholm (1909-1911), puis pour la deuxième circonscription de Stockholm (1911-1920). Il dirige la quatrième commission temporaire (Tillfälligt utskott) en 1910-1911, puis membre de la Commission fiscale de 1912 à 1917. Il est actif sur les questions sociales, mais dépose également des motions, par exemple en faveur de la neutralité permanente de la Suède. Il est également à l'origine de la création, en 1911, de la Commission des trusts et des cartels, dont il sera ensuite membre.
Palmstierna est Ministre de la Marine du au dans le gouvernement Edén, puis Ministre des Affaires étrangères du au dans le gouvernement Branting I. Il a soutenu une intervention militaire aux Iles Aaland pour que la Finlande renonce à cet archipel. Il est ensuite le délégué de la Suède sur cette question devant la Société des Nations.
