После Февральской революции — председатель Особой комиссии по построению армии на новых началах, после Октября 1917 г. на службе в РККА, во время сов.-польских мирных переговоров 1920 года в Риге был воен. экспертом.
Из потомственных дворян Костромской губернии. Окончил Николаевское инженерное училище. В службу вступил подпоручиком во 2-й саперный батальон; с 1875 — прапорщик в л.-гв. Гренадерском полку. Участник Русско-турецкой войны 1877—1878; награжден орденами Св. Анны 4-й ст. с надписью «За храбрость» и Св. Станислава 3-й ст. По окончании Николаевской инженерной академии (1880) вернулся в полк. С 1885 в Академии Генерального штаба; по окончании — в Киевском военном округе. С 1890 служил в Главном штабе. В феврале 1899 назначен помощником главного редактора, а в августе того же года главным редактором журнала «Военный сборник» и газеты «Русский инвалид». С 1904 управляющий делами Главного крепостного комитета, с 1905 второй генерал-квартирмейстер Главного штаба. 28 июня 1905 назначен и. д. начальника Главного штаба.
С 14.4.1906 помощник военного министра, причем Поливанову приходилось обычно выступать представителем Военного министерства в законодательных учреждениях. Поливанов сблизился с членами комиссии Государственной думы по обороне (особенно с А.И. Гучковым), что значительно облегчало проведение законопроектов и в 1907— 1911 поддерживал весьма тесные отношения с А.И. Гучковым, что вызвало недовольство императора и предопределило увольнение Поливанова от должности 24 апреля 1912. Уволен военным министром В. А. Сухомлиновым. 1 января 1912 назначен членом Государственного совета.
В начале мировой войны состоял при верховном начальнике санитарной и эвакуационной части принце А.П. Ольденбургском. 13 июня 1915 возглавил Военное министерство, с 17 августа 1915 стал по этой должности председателем Особого совещания для обсуждения и объединения мероприятий по обороне государства. В кабинете И.Л. Горемыкина принадлежал к сторонникам сотрудничества с Прогрессивным блоком, 15 марта 1916 уволен от должности военного министра.
Создание «Прогрессивного блока» Горемыкин встретил враждебно, назвав его «организацией, стремящейся к захвату власти». Его полностью поддержал А.А. Хвостов, который заявил: «Призывы, исходящие от Гучкова, левых партий в Государственной Думе, явно рассчитаны на государственный переворот».
Происшедшие после создания «Прогрессивного блока» события явно свидетельствуют об их подготовленности и организации. Они преследовали ту самую цель, о которой говорил Горемыкин, а именно: захват власти, первым этапом которого должно было стать создание «кабинета общественного доверия». Не успели организаторы блока объявить о его создании, как на следующий день, словно по команде, предложения «Прогрессивного блока» поддерживаются Московской городской думой, Земгором, военно-промышленными комитетами и целым рядом городских провинциальных дум. Естественно, в этих условиях блоку было очень важно склонить на свою сторону членов правительства.
Не прошло и четырех дней после создания блока, как в газете «Утро России», издаваемой близким к блоку П.П. Рябушинским, появился список лиц, которых блок хотел бы видеть в составе «Ответственного министерства». Кроме известных имен: Милюкова, Гучкова, Коновалова, в этом списке числились две фамилии министров императорского правительства — военного министра Поливанова и министра земледелия Кривошеина. Чем же заслужили эти два министра царского правительства такую признательность либеральных оппозиционеров? Думается, что ключевой фигурой здесь был военный министр Поливанов. Поливанов еще до войны был тесно связан с самым революционно настроенным членом блока Гучковым, о котором Хвостов говорил, что тот «способен, когда представится возможность, взять командование батальоном и маршировать в Царское Село».
«Несомненно, — пишет Катков, — контакты Поливанова и Гучкова имели место. Они были тесно связаны политически, как выяснилось непосредственно после Февральской революции».
Министр земледелия А.Н. Наумов писал:
«У генерала Поливанова установилась тесная дружба с Александром Ивановичем Гучковым, состоявшим продолжительное время главным руководителем думских работ по рассмотрению военных вопросов. Дружба эта привела к двум результатам: с одной стороны, она отняла от генерала Поливанова симпатии Государя, лично не расположенного к Гучкову; с другой, впоследствии вовлекла Алексея Андреевича в совместную революционную работу с Гучковым […] У него (у Поливанова — П.М.) нередко происходили трения с высшими сферами, которые завершились в 1916 году его отставкой. После этого Поливанов был настроен чрезвычайно оппозиционно к личности Государя, что, надо думать, и натолкнуло его на еще большую близость с Гучковым».
Яхонтов писал, что «за Поливановым всегда чувствовалась тень Гучкова», более того, военный министр один раз даже пригласил Гучкова на заседание Совета. «Не понимаю, чего добивается Поливанов, — записывает Яхонтов. — Он всех науськивает и против Великого Князя, и против принятия командования Государем, и против Ивана Логгиновича. Уж не своего ли друга любезного г. Гучкова он ладит в спасители Отечества?»
Еще до официального оформления «Прогрессивного блока», в ходе дебатов на Советах старейшин Государственной Думы, кадет Милюков и прогрессист Ефремов высказались за скорейшее создание Кабинета общественного доверия. Во главе этого кабинета предлагалась кандидатура А.В. Кривошеина, а министром иностранных дел — С.Д. Сазонова. Кривошеин был в тесных контактах с Поливановым.
На заседании 20 августа Кривошеин заявил, в присутствии Государя и министров, что в военное время во главе правительства должен стоять военный министр, прямо намекая на Поливанова. «Сомнительно, — пишет Катков, — чтобы Кривошеин, выдвигавший Поливанова на пост премьер-министра, был вполне искренен. Он знал, что Поливанов не пользуется доверием Государя из-за личных связей с Гучковым. Весьма возможно, что, дебатируя кандидатуру Поливанова, Кривошеин заботился о своей собственной кандидатуре». Скорее всего, С.Д. Сазонов, обладая, как и Кривошеин, определенной информацией через Поливанова, также «заботился о собственной кандидатуре» (Мультатули Петр Валентинович. гл.2).
После Февральской революции Поливанов руководил работой Комиссии по реформированию и демократизации армии; при упразднении Государственного совета оставлен за штатом. В конце июля 1918 — арестован, 2 октября освобожден без предъявления обвинения. Во время гражданской войны возглавлял разведку Красной армии. В 1919 — занимался переводами для Комиссариата Народного Просвещения. 28 мая 1919 — арестован в Петрограде. 30 мая отправлен в Москву и заключен в Бутырскую тюрьму. По ходатайству юридического отдела Московского Политического Красного Креста освобожден. С февраля 1920 — член военно-учебной редакции, член Военно-законодательного совета, член Особого совещания при Главкоме. Привлечен к советско-польским мирным переговорам в Риге как военный эксперт Комиссии, во время которых заболел тифом. 25 сентября 1920 — скоропостижно скончался в Риге (по некоторым сведениям, был отравлен). Захоронен в Петрограде на Никольском кладбище Александро-Невской лавры.
Письмо императрицы Александры Федоровны:
Ц.С.
24 июня 1915 г.
Вчера видела Поливанова. Он мне, откровенно говоря, никогда не нравился. Что-то в нем есть неприятное, не могу объяснить что. Я предпочитала Сухомлинова. Хотя этот и умнее, но сомневаюсь, так же ли он предан. Сух. сделал большую ошибку тем, что показывал направо и налево твои частные письма к нему, и у многих есть копии с них. Фред. должен бы написать ему выговор. Я понимаю, что он этим хотел показать, как ты до конца был милостив к нему, — но другие не должны знать причин его отставки, кроме той, что он сказал неправду на знаменитом заседании в Петергофе, когда уверял, что мы готовы и сможем выдержать войну, а у нас не было достаточно снаряжения. Это его единственная грубая ошибка, — взятки его жены сделали остальное. — Теперь другие могут подумать, что общественное мнение достаточная причина, чтобы удалить нашего Друга и так далее — это очень опасно перед Думой.