Станция открыта 30 декабря 1972 года в составе участка «Баррикадная» — «Октябрьское Поле». Названа в честь В. Д. Полежаева, бригадира проходчиков, а затем начальника Московского метростроя. Одна из немногих московских станций, получивших название не по городскому объекту, расположенному поблизости.

На станции два подземных вестибюля, каждый выводит в подземный переход под Хорошёвским шоссе (близ улицы Куусинена). К западному вестибюлю с используемой платформы ведёт лестница, к восточному — лестница и однониточный эскалатор (работает на подъём пассажиров). Неиспользуемая платформа устроена симметрично.

"Полежаевская" — колонная трёхпролётная станция мелкого заложения (глубина заложения — 10 метров).

Станция имеет необычную для Московского метрополитена конфигурацию — она состоит из двух платформ и трёх путей, однако одна платформа и один путь не используются и закрыты от пассажиров. Изначально неиспользуемые путь и платформа предназначались для ответвления линии в Серебряный бор, однако, этот проект был отклонён.

На перегоне между «Полежаевской» и «Беговой» в сторону центра находится стрелка и ответвление, которое ведёт на закрытый для пассажиров третий путь станции, а на перегоне в сторону «Октябрьского Поля» есть задел для ответвления налево, которое и вело бы в Серебряный Бор. Сам третий путь используется для ночного отстоя трёх (два в продолжении тупика и один — на станции) составов.