Воспитанница московской спортшколы «Глория». В ней она занималась под руководством Андрея Гришина. Трижды Федорова становилась победительницей Первенств России (2008, 2009, 2010)[1]. В Премьер-Лиге баскетболистка дебютировала в сезоне 2014/2015 в составе ивановской «Энергии». Вместе с ней она участвовала в Кубке Европы[2]. Позднее выступала за ряд других коллективов из элиты. В июле 2020 года перешла в клуб «Спарта&К»[3]. Летом 2022 года подписала контракт с одним из ведущих клубов страны - сыктывкарской «Никой»[4].
В разные годы Полина Федорова выступала за сборные России различных возрастов.