Paolo Polidori studierte im Priesterseminar von Perugia und empfing 1800 die Priesterweihe. 1803 wurde er Generalvikar der Diözese Viterbo, was er bis 1806 blieb. Danach war Polidori Assistent des späteren Kardinaldekans Leonardo Antonelli und dessen Generalvikar im suburbikarischen Bistum Ostia-Velletri. Als die Franzosen Rom besetzten, wurde der junge Priester gefangen genommen und nach Mailand gebracht. Erst 1814 konnte Paolo Polidori zurückkehren. Der neue Kardinaldekan Alessandro Mattei ernannte ihn zu seinem Administrator. In den 1820er-Jahren war er Sekretär verschiedener Kongregationen, unter anderem der Konzilskongregation. Auch bei den Konklaven von 1829 und 1830–1831 fungierte Polidori als Sekretär.