Полина Гагарина родилась в Москве, 27 марта 1987 года. В раннем детстве 4 года жила в Греции, где выучила язык. В Москве закончила эстрадно-джазовое училище по классу вокала.
В 2003 году стала победительницей проекта «Фабрика Звезд - 2» на Первом Канале, под руководством Максима Фадеева. В 2005 году стала лауреатом конкурса «Новая Волна». Закончила школу-студию МХАТ, курс И.Я. Золотовицкого. В 2015 году
одержала триумфальную победу на международном конкурсе Евровидение, где представляла Россию, заняв второе место.
Полина принимала участие в работе над саундтреками к сериалам и хитам кинопроката, в том числе главной музыкальной темы к фильму «Битва за Севастополь» – кавер-версии песни Виктора Цоя «Кукушка». Выпустила три студийных пластинки, многие треки с которых стали безусловными хитами, занимая верхние строчки хит-парадов на радиостанциях и в iTunes – это «Спектакль окончен», «Колыбельная», «Нет», «Драмы больше нет», «Обезоружена».
Лауреат премии Золотой граммофон, Песня Года и многих других премий, учрежденных музыкальными радиостанциями и каналами.
Исполнительница официальной песни закрытия Кубка Конфедераций 2017.
В 2015 и 2016 году Полина Гагарина вошла в состав жюри популярного шоу «Голос» на Первом Канале. Два сезона подряд таланты из России и других стран соревновались за звание лучшего.
Полина Гагарина является одной из главных героинь ведущих лайфстайл изданий и регулярно появляется на обложках самых тиражных журналов о стиле и красоте.Входит в рейтинг самых стильных женщин по версии многих изданий, а также является Женщиной года по версии журналов Glamour и GQ.