Polonne est connue depuis 996 : elle devait alors des impôts à l'église Desyatynna du prince Volodymyr le Grand. Tout au long du Moyen Âge, Polonne était connue par son château. Elle bénéficiait de privilèges urbains (droit de Magdebourg). En 1648 environ 10 000 Juifs (dont le célèbre kabbaliste ) sont assassinés par les troupes de Bohdan Khmelnytsky à la suite du Soulèvement de Khmelnytsky. Des milliers de Juifs meurent lors de la campagne de Pogroms antisémites en Russie perpétrée par des ukrainiens et par des soldats de l'Armée rouge à la suite de la révolution russe (1918-1920). Polonne a le statut de ville depuis 1938. Elle est située sur la ligne de chemin de fer Chepetivka – Berdytchiv. La ville possède diverses industries dont la porcelaine et la céramique.