Полибий происходил из знатного аристократического рода городской общины. Его отец Ликорт неоднократно занимал важнейшие должности в Ахейском союзе, куда входил Мегалополь: начальника союзной конницы и стратега, фактически обладавшего всей полнотой исполнительной власти в союзе, начальника вспомогательного войска союза, а также избирался в посольства. Полибий знал поэзию Гомера, в полемике с другими историками обращался к несохранившемуся произведению Аристотеля, содержавшему описание конституций 158 полисов.
В 169 до н. э. Полибий был избран на пост союзного гиппарха. В это время он пытался наладить отношения с союзниками Рима, произносил речи в народном собрании, предпринял дипломатическую поездку в римский военный лагерь в Македонии с предложением военной помощи и т. д. По прибытии в 167 до н. э. в Италию в числе тысячи ахейских интернированных Полибия оставили в Риме — по просьбе Эмилия Павла, сделавшего его наставником своих сыновей. С того времени Полибий вошёл в «кружок Сципиона». Имеется свидетельство о пребывании историка во главе исследовательской экспедиции в Египте, Александрии, Гадесе, Керне и Атлантическом океане. В 151 до н. э. Полибию удалось использовать свое влияние на Сципиона, чтобы добиться освобождения оставшихся в живых ахейцев. К моменту завершения Третьей Пунической войны Полибий вернулся из экспедиции и стал свидетелем падения Карфагена. В рассказе о полном разрушении города основное внимание он уделил Сципиону Эмилиану.
Примерно с 145 до н. э. Полибий принял участие в сенатской комиссии из 10 человек для политической реорганизации Греции. По ходатайству Полибия не были отправлены в Рим скульптурные изображения Ахея и Арата, он также отказался получить в дар от римлян конфискованное имущество лидеров антиримских выступлений и просил своих друзей не покупать ничего из этого. Деятельность Полибия была положительно оценена некоторыми слоями греческого общества, в отдельных городах ему воздавали высшие почести как при жизни, так и посмертно. По свидетельству Лукиана, Полибий, упав с лошади, заболел и умер в возрасте 82 лет.