Le 3 juillet 1944, il naît à Nrac, dans le Lot-et-Garonne, d’un père compositeur qui avait déjà collaboré avec ses célèbres parents, Piaf et Mouloudji. À l’âge de 11 ans, il remporte le premier prix de piano au Conservatoire de Paris. Son premier roman, Le pacifiste La Poupee qui fait non, est publié en 1966. Vient ensuite L’Amour avec toi, qui est interdit avant 22 heures à la radio. Dans cette ère prospère, des disques à succès comme « Love Me, Please », « We Will All Go to Paradise » et « I Am a Man » continuent de s’accumuler.
En tant que pianiste de Johnny Hallyday en 1971, il a lancé le look qui allait devenir sa signature: des lunettes noires perchées sur des cheveux blonds décolorés, le tout associé à un pantalon serré. Après cela, il écrit des musiques pour des films. La Folie des grands scores lui est redevable. En 1973, après son retour d’une tournée de concerts, Polnareff apprend que son partenaire d’affaires l’a volé. Il entreprend l’un des derniers voyages du paquebot Le France, à destination des États-Unis. Il a eu beaucoup de succès aux États-Unis. Cependant, il a beaucoup manqué à la maison en 1977. Le titre, « Lettre à la France », est sa façon de le dire. Après une longue absence, il est de retour pour son procès. Bubbles, son album de 1981, a été un grand succès. Goodbye Marylou est sorti en 1988. Après cela, il s’enregistre au Royal Monceau. Après avoir été rendu presque aveugle, il a subi une intervention chirurgicale en 1994 et a finalement retrouvé la vue. Sa vie a été relativement calme, malgré sa participation à quelques projets notables, jusqu’en 2007. Puis le 14 juillet 2007, il donne un concert massif au Champ-de-Mars dans le cadre de sa tournée Ze (re)tournée, qui comprend un retour à Bercy. Lorsqu’il s’est produit en mars 2008, il a reçu la Victoire de la Musique de la meilleure comédie musicale. En décembre 2015, il fait son grand retour avec le single L’homme en rouge. Il a publié ses mémoires, intitulées Sprme, en mars 2016. En avril 2016, il a commencé une tournée massive à travers toute la France.