Полина Денисова начала сниматься в кино еще во время обучения в школе. В 2015 году она снялась в эпизоде ситкома "Два отца и два сына". Через четыре года она появилась в короткометражке "Все смотрят на тебя" и сыграла главную роль в проекте "Второстепенная".
В 2021 году поступила в Щепкинское училище на бюджетное отделение, после перевелась в ГИТИС.
В конце января 2023 года начались съемки продолжения популярного сериала "Папины дочки" в Москве. Было раскрыто, что в "Папиных дочках. Новые" главный герой Веник стал отцом-одиночкой, после того как его жена бросила его с четырьмя дочерьми. Роли дочерей в новом проекте исполнили Виталия Корниенко, Ева Смирнова, Полина Айнутдинова и Полина Денисова.
Сериал "Папины дочки. Новые" вышел в сентябре 2023 года и был хорошо принят зрителями.
