Полина Филоненко родилась в Ленинграде. Начальное актерское образование получила еще учившись в школе, тогда она 7 лет обучалась на театральном отделении Охтинского Центра Гуманитарно-эстетического воспитания. Окончила школу в 2003 году. После нее поступила в театральный институт «Школа Русской Драмы им. И.О.Горбачева». На четвертом курсе прошла пробы сразу на два проекта — «Преступление и наказание» и «Яр». Дебют в кино - роль Сонечки Мармеладовой в сериале «Преступление и наказание» (2007).
