Несколько лет жила с семьёй в Греции, затем переехала в Россию, в Саратов. В 14 лет поступила в училище им. Гнесиных (школу закончила экстерном в 15 лет). В 2003 году стала победительницей телевизионного проекта «Фабрика звезд – 2». Два года не выступала, а в 2005 году вернулась на большую сцену, завоевав III место на IV Международном конкурсе молодых исполнителей популярной музыки «Новая волна». В 2006 году Полина Гагарина поступила в Школу-студию МХАТ, где обучается мастерству драматической актрисы, а летом 2007 года выпустила дебютный альбом «Попроси у облаков».

2012 – «Золотой Граммофон» за песню «Спектакль окончен».
2013 – «Золотой Граммофон» за песню «Нет»