Родители Полины, а также бабушка и дедушка по материнской линии и дядя по отцовской были театральными и киноактёрами, Заслуженными артистами РФ, неудивительно, что и она захотела пойти по их стопам. Ещё в школьные годы Воробьёва начала сниматься в кино, дебютировав в сериале «Агентство НЛС», и сейчас в фильмографии 33-летней актрисы уже 63 работы в кинопроектах и десятки ролей в театрах «Мастерская», и комедии им. Акимова.
Родилась и выросла Полина в Ленинграде в семье актёров Константина Воробьёва и Ольги Самошиной, детство её прошло за кулисами театров, где служили мама и папа, а в 7 классе девочка записалась в театральную студию Сергея Бызгу и занималась там до самого поступления в СТбГАТИ.
Став студенткой, она продолжила сниматься в кино, и к получению диплома подошла уже довольно опытной актрисой – за плечами Воробьёвой было участие больше чем в двух десятках фильмов и сериалов, в том числе широкоформатная драма «Итальянец» и мелодрама «Платье от кутюр», где она сыграла главную роль.
Сейчас Полина считается одной из самых востребованных российских актрис, её любят зрители, и пусть главных ролей в её копилке пока не много, она ещё очень молода и у неё всё впереди. Поклонники Воробьёвой считают, что она похожа на молодую актрису Наталью Седых, широко известную по фильмам «Морозко» и «Огонь, вода и… медные трубы», многие даже думали, что она внучка Натальи Евгеньевны. Сходство на самом деле поразительное, но родства между актрисами нет.
Личная жизнь Полины складывалась так же удачно, как карьера – она вышла замуж за любимого человека, актёра Максима Студеновского, широко известного по фильмам «Хвост» и «Два отца и два сына». Они познакомились ещё во время обучения, были однокурсниками, полюбили друг друга и окончив СПбГАТИ поженились. В следующем году в молодой семье родился сын Елисей, и счастье супругов стало полным.
Мальчик, так же, как и его мама в детстве, рос за кулисами театра «Мастерская», где служили родители, иногда выходил с ними на сцену, а в 6 лет снялся в небольшом эпизоде в фильме «Личность не установлена». Максим говорит, что ему бы не хотелось видеть сына актёром, слишком зависимая и непростая у них профессия:
«Актёрская профессия нелёгкая, и не хочется его приучать к ней. Мы же издёрганные, вечно грызём себя, мучаемся ожиданием роли, результата проб… Может, он вырастет и станет актёром — но пусть это будет не по моей вине».
А потом пошли слухи, что супруги расстались, и недавно Студеновский стал выкладывать в своих социальных сетях фото дочки Алисы, которой сейчас 3,5 года. На страничках Воробьёвой никаких других детей, кроме Елисея нет, поэтому можно предположить, что у актёра теперь другая семья. Но, видимо, они с Полиной остались в хороших отношениях ради сына, так как в 2018 году вместе провожали его в первый класс.