Родился 1 декабря 1972 года в Санкт-Петербурге. В 2000 году окончил Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет по специальности "экономика и управление на предприятии строительства".
Проходил срочную службу в ВДВ. С начала 1990-х годов занимается бизнесом. В 1994 году в Санкт-Петербурге вместе с Артуром Кириленко основал компанию "Строймонтаж", в 1997 году занял пост ее гендиректора. В 2000 году компания вышла на московский рынок и была переименована в Mirax Group. В 2001-2005 годах входил в совет по предпринимательству при мэре и правительстве Москвы. В 2008 году журнал Forbes оценил состояние господина Полонского в $1,2 млрд (96-е место из 100 самых богатых россиян), но с тех пор в этот рейтинг предприниматель не попадал.
В 2007 году выручка Mirax Group составляла $1,28 млрд, однако после кризиса существенно сократилась (показатель 2011 года — $300 млн). Одновременно обострились противоречия Сергея Полонского, владевшего 78% Mirax, с партнерами, а долг компании превысил $530 млн. 3 марта 2011 года Сергей Полонский объявил о ликвидации бренда Mirax. Несколько месяцев его бизнес работал под именем Nazvanie.net, после чего был переименован в Potok. 6 июля 2012 года бизнесмен сообщил, что выкупил доли у других акционеров Potok и стал единственным владельцем компании. Позже в официальных сообщениях он фактически признавал, что сделки не было и он уже готов продать свою долю партнерам. Осенью прошлого года о намерении выкупить пакеты всех действующих акционеров сообщил банкир Алексей Алякин, который сейчас фактически управляет Potok. Общая площадь проектов Potok — 10 млн кв. м, среди крупнейших — башня "Федерация" в "Москва-Сити", Mirax Plaza, жилые комплексы "Кутузовская Ривьера", Mirax Park, "Золотые ключи-1" и "Золотые ключи-2".
Кандидат экономических наук (тема диссертации — "Формирование функциональных стратегий материально-технического снабжения строительного производства"). Первый вице-президент Ассоциации строителей России, почетный строитель России.