Seine Malerei ist dem postmodernen Realismus zuzuordnen (Kapitalistischer Realismus) und zitiert Ausdrucksweisen der Pop-Art. Seine Haltung zur Malerei enthält stark ironische Elemente.[1]
Nach der Flucht der Familie 1945 aus dem Vertreibungsgebiet nach Thüringen floh diese 1953 aus der DDR nach West-Berlin, und zog dann nach Willich bei Mönchengladbach. Von 1959 bis 1960 absolvierte Polke eine Glasmalerlehre in Düsseldorf-Kaiserswerth. 1961 nahm er ein Studium bei Gerhard Hoehme und Karl Otto Götz an der Kunstakademie Düsseldorf auf, das er 1967 beendete.
1963 gründete er zusammen mit Gerhard Richter und Konrad Lueg den Kapitalistischen Realismus, einen Kunststil, der in der Konzeption und Realisation der Aktion Leben mit Pop – Eine Demonstration für den Kapitalistischen Realismus ihren Anfang nahm. Gemeinsam mit Richter, Lueg und Manfred Kuttner hatte Polke seine erste öffentliche Ausstellung in der Kaiserstraße 31A in Düsseldorf. Von 1970 bis 1971 war er Gastprofessor an der Hochschule für bildende Künste in Hamburg und zwischen 1977 und 1991 Professor an derselben Hochschule. 1978 siedelte er nach Köln über. In den Jahren 1980 bis 1981 unternahm Polke Reisen nach Südostasien, Papua-Neuguinea und Australien. Polke lebt und arbeitet in Köln.
Sigmar Polke war Teilnehmer der Documenta 5 in Kassel im Jahr 1972 in der Abteilung Individuelle Mythologien. Auch auf der Documenta 6 (1977) und der Documenta 7 im Jahr (1982) war er als Künstler vertreten. 1982 beteiligt er sich auch an der Gruppenausstellung Zeitgeist.
1982 erhielt er den Will-Grohmann-Preis. 1984 war er bei der Ausstellung Von hier aus – Zwei Monate neue deutsche Kunst in Düsseldorf vertreten. 1986 wurde er mit dem Großen Preis für Malerei (Goldener Löwe) auf der XLII. Biennale di Venezia ausgezeichnet. 1988 beteiligte er sich an der Ausstellung Made in Cologne. Im Jahr 2000 wurde er mit dem Kaiserring der Stadt Goslar ausgezeichnet, 2002 erhielt er den COLOGNE FINE ART-Preis und den Praemium Imperiale Award (Tokyo), 2007 den Rubenspreis der Stadt Siegen. 2009 erhielt er den Schweizer Roswitha-Haftmann-Preis 2010 für sein Gesamtwerk.
Seinen bislang größten öffentlichen Auftrag erhielt Polke mit der Erneuerung der Glasfenster des Zürcher Grossmünsters, der ihm im Jahre 2006 im Rahmen eines Künstlerwettbewerbs zugesprochen wurde. Die fünf Glas- und sieben Achatfenster wurden im November 2009 fertiggestellt und der Öffentlichkeit übergeben.
Sigmar Polke ist der Bruder von Wilfrid Polke.
Polke förderte den Pop-art-Künstler Memphis Schulze in dessen Anfangsjahren.