Nato a Parigi nel 1933 da genitori polacchi, cresce in Polonia. Durante la guerra, si separa dai genitori (la madre morirà ad Auschwitz), riuscendo a fuggire dal ghetto. Dopo la guerra si riunisce al padre e inizia a lavorare come attore a 14 anni, prima alla radio e poi al cinema, dove partecipa a varie pellicole tra cui Pokolenie (Generazione) di Andrzej Wajda. Dopo la maturità al Lycée des Beaux-Arts di Cracovia entra alla Scuola Nazionale di Cinema di ?ód?, dove realizza i primi cortometraggi. L’opera prima, Nóz w wodzie (Il coltello nell’acqua, 1962), presentata alla Mostra di Venezia, gli vale il Premio Fipresci e la nomination all’Oscar. Nel biennio ‘65-’66 è alla Berlinale con Repulsion e Cul-de-Sac, rispettivamente Orso d’Argento e Orso d’Oro. Sul set di The Fearless Vampire Killers (Per favore, non mordermi sul collo!, 1967), che dirige e interpreta, conosce Sharon Tate, che sposerà nel ‘68. Rosemary’s Baby (1968), prima pellicola americana, gli porta la notorietà più ampia e vince, tra gli altri, l’Oscar per l’Attrice non Protagonista e i David di Donatello per lui e la Farrow. Dopo la strage in cui perde la moglie in attesa, torna in Inghilterra dove dirige Macbeth (1972), cui segue la commedia Che? Ad Hollywood gira Chinatown (1974), che ottiene l’Oscar alla Sceneggiatura e quattro Golden Globe, tra cui Miglior Film e Miglior Regia. In Francia gira e interpreta Le locataire (L’inquilino del terzo piano, 1976), in concorso a Cannes. A seguito della vicenda giudiziaria per cui si era dichiarato colpevole di rapporti sessuali illeciti con una minore, date le numerose violazioni procedurali e del giusto processo da parte del giudice, lascia gli Stati Uniti. Tess (1979), girato in Francia con Nastassja Kinski, vince tre Oscar (Fotografia, Scenografia e Costumi), oltre a due César per Miglior Regia e Miglior Film. Nel 1986 dirige Pirates (Pirati), un’avventurosa commedia con Walter Matthau. Frantic (1988), thriller con Harrison Ford, è il primo ruolo da protagonista per Emmanuelle Seigner, sua sposa dal 1989. L’attrice ha poi recitato in Bitter Moon (Luna di fiele, 1992) con Hugh Grant e Peter Coyote, e in The Ninth Gate (La nona porta, 1999), con Johnny Depp e Lena Olin. Nel 1994 duetta con Depardieu in Una pura formalità di Giuseppe Tornatore. Dall’opera teatrale di Ariel Dorfman, dirige nel 1994 Death and the Maiden (La morte e la fanciulla), con Sigourney Weaver e Ben Kingsley. Dalle memorie del compositore e pianista Wladyslaw Szpilman, Polanski gira The Pianist (Il pianista, 2002), che gli vale la Palma d’Oro a Cannes, gli Oscar alla Regia ed alla Sceneggiatura, due Bafta (Miglior Film, Miglior Regia), sette César e otto Aquile polacche (tra cui Miglior Film e Miglior Regista). L’anno dopo gira Oliver Twist, tratto da Charles Dickens, con Ben Kingsley nel ruolo di Fagin.

Dopo aver partecipato al film collettivo Chacun son cinéma, per celebrare il 70° anniversario di Cannes, ha diretto The Ghost Writer (L’uomo nell’ombra, 2010), tratto dall’omonimo romanzo di Robert Harris, Orso d’Argento alla Berlinale. Carnage, dall’opera teatrale di Yasmina Reza, con Kate Winslet, Christoph Waltz, Jodie Foster e John C. Reilly, Leoncino d’Oro a Venezia, gli vale un altro César alla Sceneggiatura. Alla Regia invece il César per l’adattamento della piece di David Ives La Vénus à la fourrure (Venere in pelliccia, 2014). Il 2017 ha visto l’adattamento del romanzo di Delphine de Vigan D’après une histoire vraie (Quello che non so di lei), con la Seigner ed Eva Green.

J’accuse (L’ufficiale e la spia, 2019), sua messinscena dell’affare Dreyfus con Jean Dujardin, vince il Leone d’Argento a Venezia ed il César alla Regia. L’ultimo lavoro, The palace, è stato presentato fuori concorso a Venezia quest’anno.

Membro dell’Accademia di Belle Arti francese dal’98, dal 1974 Roman Polanski ha diretto l’opera Lulu di Alban Berg al Festival di Spoleto, Rigoletto di Verdi all’Opera di Monaco e Les Contes d’Hofmann di Offenbach all’Opéra Bastille di Parigi. l’Amadeus di Peter Shaffer, prima a Varsavia (1981), poi a Parigi (1982), interpretando in entrambi i casi il ruolo di Mozart.