Выросла в семье инженера-путейца Григория Львовича Мовшенсона и Шарлотты Ильиничны Мейлах. Брат — Мовшенсон Александр Григорьевич — советский театровед, искусствовед.
Во время Первой русской революции Полонская участвовала в революционных рабочих кружках; попав под надзор полиции, уехала во Францию (1907), где окончила медицинскую школу Сорбонны (1914). После окончания медицинской школы вернулась в С.-Петербург.
Во время Первой мировой войны заведовала эпидемическим отрядом Красного Креста Юго-западного фронта.
В 1917—1934 годах работала в советских медицинских учреждениях, совмещая службу с писательством. В 1919—1920 занималась в литературной студии у Гумилёва и Чуковского, её первые стихи несут печать акмеизма. Полонская была единственной женщиной в литературной группе «Серапионовы братья». С 1920-х годов занималась переводами стихов У. Шекспира, В. Гюго, Р. Киплинга, Ю. Тувима и других, а также армянского эпоса «Давид Сасунский».
В 1930-х годах — корреспондент газеты «Ленинградская правда».
О, Запад есть Запад, Восток есть
Восток, и с мест они не сойдут,
Пока не предстанет Небо с Землёй
на Страшный Господень Суд.
Но нет Востока, и Запада нет, что —
племя, родина, род,
Если сильный с сильным лицом к лицу
У края земли встаёт?
Из "Баллады о Востоке и Западе"
Джозефа Редьярда Киплинга
(перевод Е. Г. Полонской)