Budapesten végezte az orvosi egyetemet 1913-ban, majd 1917-ben fizikai kémiából doktorált. Az 1. világháború alatt katonaorvos, a Károlyi-kormányban egészségügyi államtitkár volt. A forradalmak után Németországba emigrált, ahol először a karlsruhei egyetemen, majd a berlini Kaiser Wilhelm Institutban fizikai kutatásaival ért el jelentős tudományos eredményeket. Elsősorban a folyadékok kémiájával és röntgendiffrakciós vizsgálatokkal foglalkozott. Később figyelme az adszorpciós termodinamika felé fordult. A szakirodalom Polanyi-Dubinin egyenletnek nevezi az adszorpciós potenciál kiszámítására használatos képletet. Berlinben kötött életre szóló barátságot Wigner Jenővel. 1933-ban elhagyta Németországot, Angliában a manchesteri egyetem fizikai-kémiai tanára lett és főként reakciókinetikai vizsgálataival vált ismertté. Fontos eredményeket ért el a rugalmas anyagok deformációjával kapcsolatban. Ekkoriban kezdett közgazdaságtani, szociológiai, politikai és tudományfilozófiai kérdésekkel foglalkozni. 1948-ban a manchesteri egyetem szociológiaprofesszora lett. Közgazdasági nézeteire J. M. Keynes tanai hatottak. Az ötvenes években megvált manchesteri katedrájától, s mint az oxfordi Merton College tagja végzett kutatómunkát. Fő műve a "Personal Knowledge" (Személyes tudás) című munka, amelyben a pozitivista tudományelmélettel szemben álló nézeteit fejtette ki. Fia, John C. Polanyi, Nobel-díjas kémikus.