2006 debuterade Polley som regissör och manusförfattare med filmen "Away from Her", baserad på novellen "The Bear Came over the Mountain" skriven av nobelprisvinnaren Alice Munro. Detta ledde till en Oscarsnominering för bästa manus efter förlaga. 2011 hade hennes andra långfilm premiär, "Take This Waltz", ett relationsdrama med bland annat Michelle Williams, Seth Rogen, Sarah Silverman och Luke Kirby i rollerna. Vid Filmfestivalen i Venedig 2012 hade hennes första dokumentär, "Stories We Tell", premiär. Filmen handlar om hennes föräldrars relation.