Сергей Юрьевич Полонский родился 1 декабря 1972 года в Ленинграде. Окончив 10 классов, был призван в ряды Воздушно-десантных войск. В 1990-1992 гг. проходил службу в Кутаиси. После армии Сергей Полонский поступил в Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет, который закончил в 2000 году. Получил квалификацию экономиста-менеджера по специальности "Экономика и управление на предприятии строительства". В 2002 году Полонский защитил кандидатскую диссертацию, а в 2008 – отказался от защиты докторской диссертации, мотивируя это пренебрежением со стороны профессоров.
Свой бизнес начал еще в 1990-х. Так, в 1994 году вместе с Артуром Кириленко и Натальей Павловой создал строительно-отделочную организацию "НАС", в 96-м переименованную в "Строймонтаж". Уже к началу нового тысячелетия появляется московский филиал "Строймонтажа", который к концу 2004 года получает название Mirax Group.

В этом же году Сергей готовился совершить полет на МКС в качестве космического туриста, который так и не состоялся. По слухам, предприниматель не прошел медицинскую комиссию. Также в качестве причины отказа от полета фигурировало отсутствие скафандра нужного размера (рост Полонского - 194 см).
Сергей Юрьевич является членом Совета предпринимателей при мэре и правительстве Москвы. В 2005 году он выступил одним из инициаторов создания Ассоциации строителей России. В настоящее время занимает пост первого вице-президента этой организации.
Обладатель премии "Персона года – 2005", "Общественное признание - 2010". Имеет звание "Лучший предприниматель десятилетия", награжден орденами "За честь и доблесть" и "Меценат России".
Сергей Полонский также известен своим эпатажным поведением. В 2008 году на выставке "MIPIM" предприниматель публично оскорбил всех, у кого нет миллиарда. За этот поступок был "награжден" премией "Серебряная калоша" в номинации "Из грязи в князи, или миллионер из трущоб". Это была не единственная номинация Полонского: Сергей имел все шансы победить в категории "самый плохой поступок", назвав сына именем собственной компании. Но Полонского обошел Никита Джигурда со знаменитым видео из роддома.
В октябре 2010 года Полонский в своем блоге официально заявил, что съест свой галстук, если цены на квартиры от Mirax не вырастут более чем на 25% через полтора года.
В 2008 году СМИ писали о споре Сергея Полонского и Михаила Прохорова на 10 миллионов долларов. "Если (за это время - ред.) Михаил Прохоров, глава группы "Онэксим", сделает хоть один успешный девелоперский проект площадью не менее 100 тысяч квадратных метров и он будет отмечен как лучший специалистами рынка (то есть получит главную премию Building Awards в любой из номинаций), Сергей Полонский, председатель совета директоров корпорации Mirax Group, обязуется выплатить ему 10 миллионов долларов", - говорилось в свидетельстве.
Сергей Полонский известен и своими оригинальными поступками. Так, например, он заявил, что "пролежал целые сутки в настоящем гробу, который был заколочен настоящими гвоздями, на настоящем кладбище в окружении настоящих покойников". А на одном из совещаний, в котором участвовали члены правления Mirax Group, Полонский разбил мобильные телефоны присутствующих о стену.
Полонский также выступал в качестве организатора различных развлекательных мероприятий. На его вечеринках выступали такие звезды, как Мадонна, Дима Билан, Dj Smash и многие другие. По слухам, однажды Полонский даже спустился к гостям с неба: в отель Sungate Port Royal он прилетел на собственном вертолете.


В 2008 году в компании Полонского велись разговоры о том, чтобы подарить певице Мадонне недвижимость на Балканах. Подарок звезде обещали вручить после концерта в черногорском городе Будва. Организатором мероприятия выступала компания Mirax Group. Визит Мадонны был приурочен к промо-компании нового объекта недвижимости бизнесмена – города-клуба "Astra Montenegro".
По мнению Полонского, хороший менеджер должен стимулировать развитие своих сотрудников путем заинтересованности последних.
В начале апреля 2010 года в офисе Mirax Group, находящемся в башне "Федерация", прошли обыски. 3 марта 2011 года советом директоров компании было принято решение о прекращении существования бренда Mirax.
Сергей Полонский не женат. Является отцом троих сыновей.
Увлекается экстремальными видами спорта (прыжки с парашютом, кейтсерфинг, фрирайд) и логическими задачами.