Poliana começou cedo a nadar, aos dois anos de idade em São Paulo. Desde sempre foi um fenômeno nas categorias de base tendo empilhado recordes estaduais e nacionais em competições representando o TNT Munhoz e posteriormente o Corinthians. Aos 13 anos de idade subiu pela primeira vez ao pódio de um Campeonato Brasileiro absoluto, ao ser bronze nos 800m livre no Troféu José Finkel de 1996. Um feito e tanto na história da natação nacional.

Depois de muito sucesso precoce e participações em eventos internacionais com a seleção brasileira, ela teve uma queda de rendimento. Após essa fase ruim de resultados aquém do esperado casou-se com Ricardo Cintra, que passou a ser seu técnico e decidiu voltar seus treinamentos para as águas abertas. Para isso teve que superar o medo de nadar no mar e na Travessia dos Fortes em 2005, sua primeira prova na nova modalidade, terminou como campeã.

A partir de então tornou-se uma das melhores nadadoras de águas abertas do mundo e no Campeonato Mundial de Águas Abertas de Náploi-2006, ganhou duas medalhas de prata e exibindo ao mundo seu cartão de visitas. Nos anos seguintes voltou a subir no pódio em Mundiais, Jogos Pan-Americanos e na FINA World Swim Series, o circuito mundial de águas abertas, onde foi campeã geral do circuito na temporada 2009, tornando-se a primeira brasileira a conseguir tal feito.

 

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Nos Jogos Olímpicos de Londres-2012 sofreu a maior decepção da carreira ao abandonar a maratona aquática feminina após uma hipotermia. O baque foi forte e ela até cogitou até parar de nadar. Porém, a volta por cima não demorou para acontecer e no ano seguinte conquistou três medalhas no Mundial de Barcelona-2013, incluindo o título mundial nos 10 km. Terminou a temporada eleita pela FINA como a melhor nadadora do mundo e recebeu ainda o Prêmio Brasil Olímpico como melhor atleta do país em todas as modalidades.

Atingiu a glória máxima de sua vida em agosto de 2016 quando sagrou-se medalhista de bronze na maratona olímpica no Rio-2016, tornando-se a primeira nadadora brasileira a conquistar uma medalha em Jogos Olímpicos. Após a desclassificação da francesa Aurélie Muller, a medalha de Poliana foi confirmada para delírio da torcida que lotou a Praia de Copacabana, mesmo local onde Poliana fez sua estreia na modalidade em 2005. O bronze da nadadora inclusive, foi o único pódio dos esportes aquáticos no Rio-2016.

Anunciou sua aposentadoria em 2017 para se dedicar a vida pessoal e no mesmo ano foi lançada sua biografia escrita por Daniel Takata e Hélio de la Peña. Atualmente vem desenvolvendo projetos ligados a natação como uma prova de águas abertas que leva seu nome, palestras sobre sua vida de atleta e assessoria técnica para nadadores. Poliana também está grávida de seu primeiro filho.