Comme Serge Gainsbourg, il est issu d'une famille d'émigrés russes et son père est musicien, mais montrera une inclination plus marquée pour le piano classique qui lui vaudra d'être à onze ans premier prix de solfège du Conservatoire de Paris. Étant allé très tôt chercher esprit et inspiration de l'autre coté de la Manche, il cherchera ses marques dans le Paris bohème du milieu des années 1960 et se fera remarquer dans quelques tremplins. Suffisamment pour que Lucien Morisse l'homme d'Europe n°1 lui propose un premier contrat.
Le jeune Michel Polnareff part enregistrer à Londres en 1966 ou il montrera de suite sa capacité durable à travailler à l'anglo-saxonne. Commence une série de collaboration avec des arrangeurs de talent comme Jean Bouchéty ou Jean-Claude Vannier, et dès le début son succès est énorme avec des titres comme « La poupée qui fait non » et « Love Me Please Love Me » . La France, un peu bousculée par ce beatnik hexagonal, provocateur naturel mais involontaire, tombe sous le charme d'un mélodiste raffiné, grand orchestrateur qui sait intégrer à merveille les sons du psychédélisme ambiant.
De 1966 à 1970, dans sa période de plus forte créativité, il assènera tube sur tube (« Tous les bateaux tous les oiseaux » et « La Maison vide »). Quittant son look de jeune homme timide, il construit peu à peu l'icône seventies qui reste encore dans les mémoires : perruque bouclée et lunettes noires, qui ne sont que l'expression d'un malaise grandissant. Déjà se profilent la paranoïa, la dépression et l'abandon de ses affaires à un entourage douteux qui le mèneront à la fameuse banqueroute de 1973, puis à son départ pour les États-Unis.
Au début des années 1970, il reste toutefois musicalement très actif. Membre à part entière de la famille de la variété française, il montre toute la diversité de ses talents, sur scène avec Johnny Hallyday, en tournée avec son groupe Dynastie Crisis, ou dans des musiques de films comme La Folie des grandeurs de Gérard Oury. Bien qu'en perte de vitesse, il produit encore des pépites comme « Holidays » ou « On ira tous au paradis » .
Mais ceux qui sont dérangés par cette icône atypique et androgyne veillent (« Je suis un homme » se sentira-t-il obliger de déclamer). Après le coup d'éclat de l'affiche de l'Olympia en 1972, vient vite l'exil de 1973 et cette période d'éloignement qui mêle imprégnation avec le milieu musical américain et jeu du chat et de la souris nostalgique avec sa chère France (illustré par l'impressionnant « Lettre à France » de 1978).
Le début de cette phase 100% américaine lui vaudra une 35ème place au Billboard en 1975 pour le titre « Jesus for Tonight » tiré de Fame à la Mode. Mais, malgré l'évasion que procure les tournées internationales, l'attraction magnétique pour France ne le lâche pas et il revient peu à peu régler ses problèmes avec le fisc et assurer sa promotion, c'est d'abord Coucou me revoilou en 1978 puis le succès de Bulles en 1981, qui marque le début d'un retour qui n'aura jamais réellement lieu.
À son retour Polnareff n'est plus le même, sa tendance à une variété de plus en plus facile raréfie les pièces brillantes qui le tenaient à ses débuts loin au dessus de la mêlée. Il est devenu 50% figure mythologique de l'artiste inspiré et reclus des années 1960-1970 et 50% producteur de tubes dans la tonalité terre à terre des années 1980 (comme « Goodbye Marylou » en 1989). Il défraiera encore une fois la chronique en s'installant 800 nuits de suite à l'hôtel Royal Monceau, à Paris, pour préparer l'album Kâma-Sûtra qui sera en 1990 un succès sans vraiment faire d'étincelles.
Le vrai-faux album en public Live at the Roxy, en 1996, fait office de compilation enregistrée en public. Sa place de n°1 des ventes permet de mesurer l'attachement du public à cet artiste hors normes. Après diverses compilations, c'est le vrai retour sur scène en 2007, pour une tournée qui parcourt l'Hexagone. Une Victoire de la musique du meilleur spectacle musical et un concert au Champ de Mars à Paris, pour la Fête nationale, couronnent ce flamboyant retour. L'album Ze (Re) Tour 2007 se classe sans difficulté dans le Top 20 français, en attendant de satisfaire l'espoir de voir Michel Polnareff livrer de nouvelles chansons.
Seuls quelques titres surgissent durant une période couvrant près de trois décennies : « Je rêve d'un monde » (1999), « Ophélie flagrant des lits » (2006) et « L'Homme en rouge » (2015). Cette attente d'un nouvel album est compensée par la sortie du coffret Pop Rock En Stock (2017). Celui-ci, composé de 23 CD, comprend l'oeuvre intégrale de ses albums studio et ses musiques de films, des concerts inédits et des versions alternatives. Le dixième album studio, attendu depuis vingt-huit ans, voit finalement le jour le 30 novembre 2018 sous l'intitulé Enfin !. Outre deux titres déjà parus et d'autres joués en concert, il comprend la ballade « Grandis pas », dédiée à son fils Louka.
