Polona Batagelj debutta tra le Elite UCI con la Bizkaia-Durango nel 2010, anno in cui vince il campionato nazionale in linea; questo successo fu il primo dei nove consecutivi ottenuti. Vinse inoltre anche due titoli nazionali a cronometro (2014 e 2015). Tuttavia, fuori dai confini sloveni, non ottenne alcun altro successo; degni di nota sono alcuni piazzamenti come il quarto posto al Giro dell'Emilia 2017 e il sesto posto alla Route de France 2015, e la partecipazione ai Giochi olimpici di Londra 2012 e Rio de Janeiro 2016.