Krzysztof Polonek studierte zunächst an der Universität der Künste Berlin bei Tomasz Tomaszewski, später an der Musikhochschule Lübeck bei Thomas Brandis, wo er auch sein Konzertexamen ablegte. Außerdem erwarb er ein Konzertexamen im Fach Kammermusik an der Hochschule für Musik und Theater in Hannover und besuchte verschiedene Meisterkurse, u. a. bei Rainer Kussmaul und Kurt Sassmannshaus. Der Stipendiat der Schweizer Seymour Obermer Foundation sowie der Villa Musica der Landesregierung Rheinland-Pfalz begann seine Orchesterkarriere 2001 als Zweiter Konzertmeister an der Deutschen Oper Berlin. Es folgten Engagements als Konzertmeister der Zweiten Geigen bei der Dresdner Philharmonie und als Erster Stimmführer der Zweiten Geigen beim Rundfunk-Sinfonieorchester Berlin, ehe er Mitglied der Berliner Philharmoniker wurde, deren Konzertmeister er seit März 2019 ist. Als Solist trat Krzysztof Polonek mit renommierten Orchestern auf, u. a. mit den Krakauer Philharmonikern und dem Staatsorchester Frankfurt. Er ist Mitglied des Berlin Piano Trio, das als eines der führenden Klaviertrios jüngerer Generation gilt und bereits mehrere Wettbewerbe gewann. Der Geiger unterrichtete an der Musikakademie Breslau, wo er auch bei Jarosław Pietrzak promovierte.