Полина Тхай родилась в 2008 году в Кемерове. Начальное профессиональное образование получила в Новосибирской средней музыкальной школе (класс Евгения Нилова). В настоящее время обучается в Центральной музыкальной школе – Академии исполнительского искусства (Москва; класс Марии Журавлёвой). Участвовала в мастер-классах Давида Герингаса, Александра Рамма, Пабло Феррандеса, Александра Бузлова, Алексея Селезнёва, Бориса Андрианова, Александра Князева, Антонио Менезеса.

Лауреат Международного телевизионного конкурса юных музыкантов «Щелкунчик» (Москва: 2018 – специальный приз; 2019 – III премия), Всероссийского музыкального конкурса им. Д. Б. Кабалевского (Новосибирск, 2019; I премия), Международного конкурса юных музыкантов им. Оскара Ридинга (Целе, Словения, 2020; I премия), Международного конкурса «Гран-при “Золотые таланты”» (Курск, 2021; I премия), Международного конкурса ЦМШ (Москва, 2022;I премия), Всероссийского конкурса молодых музыкантов «Созвездие» (поселок Сириус, Краснодарский край, 2022; I премия), Международного юношеского конкурса им. П. И. Чайковского (Санкт-Петербург, 2023; II премия, серебряная медаль и специальный приз жюри). Стипендиат фонда «Новые имена», Фонда Владимира Спивакова, Фонда Юрия Розума, чешского Фонда Виктора Каллабиса и ЗузанныРужечковой.

Участвовала в фестивалях «Москва встречает друзей», «Музыкальный Олимп», Crescendo, «Диалог поколений», Almamater, Vivacello, Транссибирском арт-фестивале, Международном музыкальном фестивале Юрия Башмета в Красноярском крае, XXXI музыкальном фестивале Валерия Гергиева «Звёзды Белых Ночей». В 2022 году состоялся первый сольный концерт артистки – в сопровождении Красноярского камерного оркестра под управлением Михаила Бенюмова. Полина выступала в Большом зале Московской консерватории, Концертном зале им. П. И. Чайковского, Московском концертном зале «Зарядье», Большом зале Санкт-Петербургской филармонии, Государственной академической капелле Санкт-Петербурга, Концертном зале Мариинского театра, а также в Белгороде, Воронеже, Сочи, Пскове, Оренбурге, Тюмени и других городах. Сотрудничала с такими дирижерами, как Владимир Спиваков, Андрес Мустонен, Михаил Шехтман, Анатолий Левин, Юрий Ткаченко, Михаил Голиков, Тимур Зангиев, Кристиан Кнапп и другие.