По окончании Московского авиационного института в 1977 году работал в НПО «Энергия». Занимался отработкой инструментов и технологий внекорабельной деятельности космонавтов (работы в открытом космосе).
В 1982 году проходил подготовку к зачислению в 7-й набор космонавтов НПО «Энергия», в последующие годы регулярно проходил повторные обследования для допуска к спецтренировкам; семь лет спустя, в 1989 году, был зачислен кандидатом в 10-й набор космонавтов НПО «Энергия». Получил квалификацию космонавта-исследователя 1 февраля 1991 года, тренировался для полётов на Союз-ТМ и «Мире». В июле 1992 — бортинженер дублирующего, российско-французского экипажа «Союз ТМ-15». С сентября 1992 года — бортинженер основного экипажа планируемой 13-й основной (длительной) экспедиции на «Мир».
24 января 1993 поднялся на орбиту на «Союзе ТМ-16» (командир корабля Г. М. Манаков). 26 января «Союз ТМ-16» состыковался с боковым стыковочным узлом модуля «Кристалл», образовав крупнейшую конфигурацию «Мира» за всю его историю (общая масса свыше 90 тонн). 12-я основная экспедиция (А. Я. Соловьёв, C. В. Авдеев) покинула «Мир» 1 февраля 1993. 4 февраля 1993 космонавты провели эксперимент «Знамя» по развёртыванию 20-метрового отражателя. 19 апреля 1993 Полещук и Манаков вышли в открытый космос для монтажа приводов ориентации солнечных батарей модуля «Квант». Второй выход, также для развёртывания солнечных батарей, Полещук совершил 18 июня.
4 июля 1993 к «Миру» пристыковался «Союз ТМ-17» (А. А. Серебров, В. В. Циблиев, Жан-Поль Эньере). 22 июля 1993 Полещук, Манаков и Эньере благополучно возвратились на Землю.
С апреля 1994 года по март 1995 года проходил подготовку в качестве бортинженера третьего (резервного) экипажа космического корабля «Союз ТМ-21» по программе 18-й основной экспедиции на борт ОК «Мир». Одновременно до апреля 1995 года проходил подготовку в качестве бортинженера второго экипажа 18-й основной экспедиции на борт ОК «Мир». 10 апреля 1995 года решением ГМК был отстранён от подготовки по состоянию здоровья. С марта 1999 года проходил подготовку по программе МКС в составе группы космонавтов.
С 2002 года является начальником 293-го отдела НПО «Энергия» (по внекорабельной деятельности).
21 февраля 2002 года решением Многосторонней комиссии по операциям экипажей был назначен командиром второго (дублирующего) экипажа 9-й экспедиции на МКС. Приступил к подготовке в апреле 2002 года, но 20 января 2003 года решением ГМК был признан временно не годным к подготовке по состоянию здоровья. В тот же день был отстранен от подготовки к полету и выведен из экипажа. 25 марта 2004 года приказом президента РКК «Энергия» уволен с должности космонавта-испытателя по выслуге лет.