Полина Денисовна Осипенко (в девичестве — Дудник) родилась (25 сентября) 8 октября 1907 года в селе Новоспасовка Екатиринославской губернии. Семья Полины была очень бедной, и именно поэтому она окончила только два класса церковно-приходской школы, была вынуждена пойти работать няней, а после батрачкой.
После прихода советской власти в ее селе организовали колхоз. Полина прошла курсы птицеводов и устроилась работать на ферму. Работа была тяжелой, но несмотря на это, она находила силы для учебы и окончила вечернюю школу. Затем работала заведующей колхозной птицефермой.
Первый муж Полины — односельчанин Степан Говяз — был военным лётчиком. Именно он и подготовил жену к поступлению в Качинскую школу военных пилотов. И хотя её первая попытка поступить туда не увенчалась успехом, но девушка добилась своего и, с помощью лётчиков-инструкторов во время их полетов, научилась управлять У-2. Затем, во время визита на «Качу» К.Е. Ворошилова, она упросила его зачислить её в училище, которое окончила в 1933 году.
В последующие годы Полина служила лётчиком, командиром звена в истребительной авиации. Ей принадлежали рекорды высоты для женщин в полетах с открытой кабиной – 8804 м, рекордное время перелета от Черного до Белого морей (10 час. 33 мин).
А 24-25 сентября 1938 года она была одной из трех пилотов, которые совершили беспосадочный перелет Москва – Комсомольск-на-Амуре, за что через месяц все участницы перелета (Валентина Гризодубова, Полина Осипенко и Марина Раскова) получили звание Героя Советского Союза.
Второй муж Полины (с 1935 года) — однополчанин, лётчик-истребитель Александр Степанович Осипенко (1910—1991).
11 мая 1939 года, совершая учебно-тренировочный полет с Анатолием Серовым, при плохой видимости и большой облачности их самолет потерпел крушение в Рязанской области, в котором Полина погибла. Причина аварии не выяснена.
Прах Серова и Осипенко помещен в урнах в Кремлевской стене на Красной площади в Москве.
