Fatti: A. Nel 2003 la cittadina romena A._ (1981) è stata condannata a due riprese per esercizio illecito della prostituzione e per infrazione alla legge federale del 26 marzo 1931 sulla dimora ed il domicilio degli stranieri (LDDS). Per questo motivo l'Ufficio federale degli stranieri (ora della migrazione) le ha vietato l'entrata in Svizzera fino al 15 luglio 2006. Previa sospensione di tale provvedimento, il 17 dicembre 2004 l'interessata si è unita in matrimonio a Bellinzona con il cittadino italiano B._ (1965), titolare di un permesso di domicilio. Per permettere la vita coniugale in Svizzera, il divieto d'entrata è stato revocato e alla moglie è stato rilasciato un permesso di dimora CE/AELS valido fino al 16 dicembre 2009. B. Dopo aver fatto interrogare i coniugi ed aver ordinato controlli sulla presenza della moglie al domicilio coniugale, con decisione del 4 maggio 2007 la Sezione dei permessi e dell'immigrazione del Cantone Ticino ha revocato il permesso di dimora a A._, rilevando che da tempo i coniugi non vivevano più assieme e che il matrimonio non era più realmente vissuto. Su ricorso, la revoca è stata confermata dapprima dal Consiglio di Stato ticinese, il 21 agosto 2007, e quindi dal Tribunale cantonale amministrativo, il 30 ottobre seguente. C. Il 13 dicembre 2007 A._ ha presentato al Tribunale federale un ricorso in materia di diritto pubblico, con cui chiede di annullare sia la pronuncia del Tribunale amministrativo, sia le decisioni delle istanze precedenti. Lamenta la violazione dell'art. 3 Allegato I dell'Accordo del 21 giugno 1999 tra la Comunità europea e i suoi Stati membri, da una parte, e la Confederazione Svizzera, dall'altra, sulla libera circolazione delle persone (ALC; RS 0.142.112.681) e dell'art. 8 CEDU. Con istanza del 18 febbraio 2008 ha poi chiesto di essere posta al beneficio dell'assistenza giudiziaria con gratuito patrocinio. D. Chiamati ad esprimersi, il Tribunale cantonale amministrativo si riconferma nelle motivazioni e nelle conclusioni della propria decisione, il Consiglio di Stato si rimette al giudizio del Tribunale federale, mentre la Sezione cantonale dei permessi e dell'immigrazione e l'Ufficio federale della migrazione propongono di respingere il gravame.