Figlio di Licorta, stratego della Lega achea, Polibio era per tradizione familiare fra i più eminenti uomini di Megalopoli, capitale dell'Arcadia, a sua volta importante componente della Lega achea. Se il padre fu uno stratego, cioè comandante in capo della Lega, Polibio ne fu ipparco ovvero capo della cavalleria, secondo in grado delle forze armate.
La sua carriera politica in Grecia si conclude dopo la battaglia di Pidna (168 a.C.) con la quale il console Lucio Emilio Paolo, figlio del console caduto nella Battaglia di Canne, cancellò la Macedonia di Perseo dal novero delle potenze dell'epoca. Come dirigente del partito della neutralità durante la guerra attirò infatti i sospetti dei romani e fu uno dei mille nobili achei che nel 166 a.C. furono inviati quali ostaggi a Roma. Vi rimase per diciassette anni.
A Roma, in ragione della sua vasta cultura, Polibio fu ammesso nei più rinomati salotti, in particolare quello di Paolo Emilio, amico e "rivale" degli Scipioni, che gli affidò l'educazione dei figli, uno dei quali fu poi adottato da Scipione e cambiò nome in Scipione Emiliano (Africano Minore). L'amicizia degli Scipioni permise a Polibio frequenti uscite da Roma con viaggi in Italia, Gallia, Spagna. Fu anche in Spagna, al seguito di Scipione nel 134 a.C. nella guerra a Numanzia.
Per intercessione di Scipione, nel 150 a.C. Polibio ottenne di ritornare in Grecia ma già nell'anno successivo era (come già detto) in Africa con il suo amico e nel 146 a.C. assistette alla caduta di Cartagine, che in seguito descrisse.
Dopo la distruzione di Corinto, nello stesso anno (146 a.C.), ritornò in Grecia e usò le sue conoscenze a Roma per rendere meno gravose le condizioni della Grecia diventata una Provincia romana. Gli fu anche affidato il compito di riorganizzare le città greche sotto la nuova forma di governo e per quest'opera di legislatore ed interprete delle leggi si guadagnò le più alte considerazioni, tanto che gli furono erette statue.
Gli anni successivi li trascorse a Roma, teso al completamento del suo lavoro storico, affrontando occasionali lunghi viaggi nelle terre bagnate dal Mediterraneo che interessavano la sua Storia, soprattutto con l'obiettivo di ottenere informazioni di prima mano sui siti storici.
Alla morte di Scipione ritornò in Grecia, dove morì, all'età di 82 anni, per una caduta da cavallo.