دوران کودکی او در فضای حکومت استالینی پیش از جنگ گذشت و در 8 سالگی نازی‌ها، پدر و مادرش را روانۀ بازداشتگاه‌های مرگ کردند. قبل از این که والدینش دستگیر شوند، پدرش او را در شکاف دیوار مخفی کرد. او بعد از دستگیری والدینش تحت سرپرستی خانواده‌ای لهستانی قرار گرفت. پولانسکی از دوران نوجوانی به بازیگری در نمایشنامه‌های رادیویی و تئاتر و به طور کلی هنرهای نمایشی دلبستگی فراوانی پیدا کرد و در گروه‌های نمایشی مشغول به کار شد. 3 ساله بود که نقش اول یک نمایش را بازی کرد و بعد از آن به بازیگری و گاهی کارگردانی تئاتر پرداخت.

پولانسکی در سال 1950 به مدرسه بوزار کراکو وارد شد تا نقاشی و طراحی و مجسمه‌سازی را فرا گیرد، اما یک سال بعد، از آنجا اخراج شد. در سال 1954به مدرسۀ سینمایی ایالتی شهر لودز وارد شد و تا پنج سال بعد در آن جا سینما و عکاسی آموخت. در طول پنج سالی که پولانسکی به تحصیل سینما مشغول بود در تعدادی فیلم سینمایی بازی کرد و 7 فیلم کوتاه ساخت. پولانسکی در سال 1958 یک فیلم تجربی 20 دقیقه‌ای به نام «دو مرد و یک گنجه» بر اساس فیلمنامه‌ای از خودش ساخت که نقش کوتاهی نیز در آن بازی کرد. این فیلم پنج جایزۀ بین‌المللی گرفت و نام پولانسکی را به سر زبان‌ها انداخت. پولانسکی پس از پایان تحصیل به فرانسه رفت و حدود یک سال در آنجا به عنوان دستیار کارگردانان فرانسوی، تجربه‌های زیادی کسب کرد. وی یک فیلم کوتاه نیز به نام «چاق و لاغر»، بر اساس اندیشه‌های ساموئل بکت ساخت که فیلمنامه‌اش را خودش نوشته بود.

پولانسکی سه فیلم بعدی‌اش را در انگلستان ساخت. «انزجار»، نخستین فیلم انگلیسی زبان پولانسکی، بر اساس فیلمنامه‌ای نوشتۀ خودش و ژرژ براک ساخته شد. وی با سماجت ترجیح می‌دهد آثارش نمایش دهنده انگیزه‌های فردی، فشارهای ناخودآگاه و ناراحتی‌های روحی پنهان در زندگی بشر باشند و از این که به موشکافی در فعل و انفعالات سیاسی، اجتماعی متفاوتی بپردازد که وی در کشور های گوناگون جهان شاهد آنها بوده، می‌پرهیزد.

در سال 2002 سرانجام پولانسکی تصمیم گرفت فیلمی درباره جنایات نازی‌ها در جنگ جهانی دوم بسازد. در آن سال پولانسکی «پیانیست» را بر اساس رمان «مرگ یک شهر» اثر ولادیسلاو اشپیلمن ساخت. این رمان بر اساس داستان واقعی زندگی اشپیلمن نوشته شده است.

رومن پولانسکی  در سال 2002 به خاطر فیلم «پیانیست» جایزهٔ اسکار بهترین کارگردانی را دریافت کرد.