Surgido de las divisiones formativas de Danubio, Polenta fue transferido muy joven al fútbol italiano. Además fue capitán en selecciones juveniles de Uruguay.
En Italia jugó en Génova y Bari, hasta que en 2014 volvió al fútbol uruguayo para defender la camiseta de Nacional. Allí fue campeón uruguayo y jugó cuatro temporadas hasta 2018, año en el que fue transferido a Los Angeles Galaxy de Estados Unidos. En 2020 jugó en Olimpia de Paraguay y en 2021 regresó a Nacional. Jugó un año y emigró a Unión de Santa Fe en 2022.
En 2023 volvió a Nacional para tener su tercer pasaje por el club tricolor. Después de jugar con Juventud de Las Piedras el domingo 30 de marzo, partido en el que se fue expulsado a los dos minutos,Diego Polenta le puso fin a su carrera profesional.
