Полина Гагарина родилась в Москве, однако раннее детство провела в Греции вместе с родителями, изучая греческий язык в течение трёх лет. Мать Полины работала в Афинах по контракту, будучи профессиональной танцовщицей. Образование пришлось прервать из-за трагического случая: в 1993 году отец Полины умирает от сердечного приступа.

С трудом пережив трагедию, семья возвращается в Россию и, по настоятельной рекомендации бабушки, Полина решает остаться учиться в Саратове.

Девочка пробует себя в балете, но в итоге бабушка приводит Полину в музыкальную школы: в самом начале творческого пути будущая певица удивила педагогов, выбрав к исполнению на вступительном экзамене сложную композицию Уитни Хьюстон. И вот, школа успешно окончена и молодая певица поступает в музыкальное училище, где на втором курсе поступило предложение - принять участие на “Фабрике Звёзд”.

В 2003 году Полина успешно проходит все этапы конкурса второй “Фабрики” и получает предложение сотрудничать с Максимом Фадеевым, чьи песни девушка и пела. Однако, по неуказанным причинам Полина отказывается. 2005 год - новая попытка, Гагарина выступает “Новой Волне” с песней колыбельная и занимает третье место. Несмотря на бронзу, композиция становится хитом и на неё снимается клип.

2007 год ознаменован началом сотрудничества с продюсером Константином Меладзе: под его началом издаётся сингл “Я тебя не прощу никогда”. Чуть позже, в июле, выходит полноформатный первый альбом “Попроси у облаков”, в которрый были включены хиты “Я тебя не прощу никогда” и “Я твоя”. И вот, в декабре 2012 года на награждении “Золотого граммофона” Полина Гагарина получает заветную статуэтку за композицию “Спектакль окончен”.

2013 год. Полина принимает участие в многочисленных фотосессиях, и не всегда остаётся довольна результатом. Но с одним из фотографов установилось прочное взаимопонимание - снимки получаются идеальными. Все чаще сотрудничая вместе, между ними возникает романтическая связь - так начались отношения с будущим мужем, Дмитрием Исхаковым.

После ряда успешных синглов и трёх альбомов, в марте 2015 года Первый канал сообщил: на “Евровидении-2015” за Россию выступит Полина Гагарина. После сложной борьбы со шведом Монсом Зелмерлевым, Полина спела “A million voices”, заняла "серебро" и получила помимо отличных отзывов о выступлении значительное пополнение армии поклонников.

О своем характере Полина отзывается как о взрывном и импульсивном, при этом мужа описывает как человека мягкого и спокойного. Вместе они любят проводить время дома, кататься на велосипедах. В недавних интервью Полина призналась, что не любит готовить и терпеть не может, когда её называют “звездой”.