Полина Гагарина родилась в Москве. В 14 лет девушка поступила в Государственное музыкальное училище эстрадно-джазового искусства. Во время учебы приняла участие в музыкальном телепроекте «Фабрика звезд-2».

17 сентября 2005 года в клубе Le Club состоялся первый сольный концерт Гагариной в Москве. В 2008 году Гагарина записала песню «Кому, зачем?» совместно с подругой, победительницей одного из сезонов «Фабрики звезд» Ириной Дубцовой.

1 декабря 2012 на церемонии «Золотой Граммофон» Полина получила первую статуэтку за песню «Спектакль окончен». Представляла Россию на музыкальном конкурсе «Евровидение-2015» и заняла второе место.

Сегодня Полина Гагарина — одна из главных музыкальных икон современной России. В 2020 и 2021 году Полина Гагарина была признана самой популярной певицей страны.