Пётр Полоз родился в селе Митрофановка (современная Кировоградская область Украины). Украинец. Окончил 5 классов начальной школы, школу фабрично-заводского ученичества в городе Енакиево, там встретил свою первую любовь - Марию. В 1937 родился сын Олег.
С августа 1935 года начал служить в армии. После окончания в 1936 году Луганской военной авиационной школы лётчиков служил в строевых частях ВВС в Забайкальском военном округе. В июле — августе 1939 года участвовал в боях на Халхин-Голе, сбил японский самолёт, за что был награждён орденом Ленина.
В 1940 году Пётр Полоз окончил Липецкие высшие авиационные курсы усовершенствования, после чего продолжал службу в строевых частях ВВС в Одесском военном округе. Участвовал в Великой Отечественной войне, с июня 1941 года по июнь 1942 года служил командиром авиаэскадрильи 69-го истребительного авиационного полка (Южный фронт, Отдельная Приморская армия). Участвовал в обороне Одессы. За время войны совершил несколько десятков боевых вылетов на истребителе И-16, лично сбил несколько самолётов. Был ранен в ногу. За мужество и героизм, проявленные в боях с немецко-фашистскими захватчиками, старшему лейтенанту Полозу Петру Варнавовичу Указом Президиума Верховного Совета СССР от 10 февраля 1942 года присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 983).
В июне 1942 года — январе 1943 года служил лётчиком-инспектором по технике пилотирования ВВС Московского военного округа, в январе — марте 1943 года — лётчиком-инспектором по технике пилотирования 7-й воздушной армии (Карельский фронт), в марте 1943 года — мае 1945 года — лётчиком-инспектором Главного управления боевой подготовки ВВС Красной Армии. По неподтверждённым документально данным за время войны лично сбил 12 самолётов противника.
После окончания войны Пётр Полоз продолжил службу в Главном управлении боевой подготовки фронтовой авиации ВВС. В июля 1947 года в звании подполковника вышел в отставку, жил в Киеве.
В 1963 году совершил убийство двух человек (приглашённых им в гости Фомичева — начальника личной охраны Н. С. Хрущева и его жены). По словам адвоката Полоза, истинные мотивы и причины содеянного остались неизвестными. Был приговорён народным судом к высшей мере наказания и расстрелян в мае 1963 года. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 19 июля 1963 года лишён звания Героя Советского Союза и всех наград.
За годы службы Пётр Полоз был награждён следующими наградами (в 1963 году был лишён всех наград и почётных званий):