Полина Тхай родилась в 2008 году в Кемерове. Начальное образование получила в Новосибирской средней специальной музыкальной школе (класс Евгения Нилова). В настоящее время обучается в Центральной музыкальной школе – Академии исполнительского искусства (класс Марии Журавлёвой). Участвовала в мастер-классах Давида Герингаса, Александра Рамма, Пабло Феррандеса, Александра Бузлова, Алексея Селезнёва, Бориса Андрианова, Александра Князева, Антонио Менезеса.

Лауреат Международного телеконкурса юных музыкантов «Щелкунчик» (2019, III премия – Бронзовый Щелкунчик), Всероссийского музыкального конкурса имени Д. Б. Кабалевского в Новосибирске (2019, I премия), Всероссийского конкурса молодых музыкантов «Созвездие» в образовательном центре «Сириус» в Сочи (2022, I премия), международных юношеских конкурсов имени Оскара Ридинга в Целе, Словения (2020, I премия), «Гран-при “Золотые таланты”» в Курске (2021, I премия), ЦМШ в Москве (2022, I премия), имени П. И. Чайковского в Санкт-Петербурге (2023, II премия, серебряная медаль и специальный приз жюри) и Общероссийского конкурса «Молодые дарования России» (Москва, 2024, I премия).

Стипендиат фондов «Новые имена», Владимира Спивакова, Юрия Розума, Виктора Каллабиса и Зузанны Ружечковой (Чехия). Лауреат премии «Большие надежды» фестиваля VIVACELLO.

Участвовала в фестивалях «Москва встречает друзей», «Музыкальный Олимп», Crescendo, «Диалог поколений», Alma mater, VIVACELLO, Транссибирском Арт-Фестивале, «Владимир Спиваков приглашает» в Рязани, «Звезды белых ночей» в Санкт-Петербурге, «Симфония ветра» в Калининграде, «Звезды на Байкале» в Иркутске, Международном музыкальном фестивале Юрия Башмета в Красноярском крае. Участница программ Санкт-Петербургского Дома музыки с 2024 года.

Выступала в Большом зале Московской консерватории, Концертном зале имени П. И. Чайковского, Московском концертном зале «Зарядье», Большом зале Санкт-Петербургской филармонии, Государственной академической капелле Санкт-Петербурга, а также в других городах России.

Сотрудничала с известными дирижерами, в числе которых Владимир Спиваков, Андрес Мустонен, Михаил Шехтман, Анатолий Левин, Юрий Ткаченко, Михаил Голиков, Тимур Зангиев, Михаил Бенюмов, Кристиан Кнапп, Иван Никифорчин.