Η Πολύμνια, στην Ελληνική μυθολογία, ήταν η Μούσα των ιερών ύμνων και της ευγλωττίας. Ήταν η Μούσα των ύμνων ή των ασμάτων που ψάλλονται προς τιμή των θεών και των ηρώων.

Ως Μούσα, ήταν κόρη του Δία και της Μνημοσύνης. Δύο ρόλοι αποδίδονται στην Πολύμνια, που οφείλονται σε δύο διαφορετικές ετυμολογίες του ονόματός της. Η αρχαιότερη παράδοση τη θέλει προστάτρια των ύμνων (πολύ + ύμνος) που ψάλλονταν προς τιμή των θεών και των ηρώων. Κατά τη νεότερη όμως παράδοση, η οποία ετυμολογεί το όνομά της από το πολύ + μνεία, βοηθά στην εύκολη μάθηση και την απομνημόνευση. Έτσι, η Πολύμνια συγχέεται σχεδόν με τη Μνημοσύνη και τα αγάλματά της που σώθηκαν μέχρι σήμερα επιβεβαιώνουν την ερμηνεία αυτή. Σε αυτά παριστάνεται πάντοτε σαν να κατέχεται από κάποια βαθιά σκέψη και ανάμνηση. Είναι μία πολύ σοβαρή γυναίκα, συλλογισμένη και στοχαστική. Συχνά κρατά το δάχτυλό της μπροστά στα χείλη και αυτό αυξάνει τη σιωπηλή έκφραση της μορφής της. Συνήθως απεικονίζεται φορώντας μακρύ μανδύα και πέπλο, και έχοντας εναποθέσει τον αγκώνα της σε ένα μαξιλάρι. Φέρνει φήμη στους συγγραφείς των οποίων οι δουλειές τούς έχουν χαρίσει αθάνατη φήμη.

Μια τρίτη ιδιότητα της δόθηκε κατά τους τελευταίους αιώνες της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας: Θεωρήθηκε προστάτιδα της μιμικής τέχνης.

Επίσης, η Πολύμνια είναι μερικές φορές γνωστή και ως η Μούσα της γεωμετρίας, του διαλογισμού και της γεωργίας.

• Ο αστεροειδής 33 Πολύμνια (33 Polyhymnia), που ανακαλύφθηκε το 1854, πήρε το όνομά του από τη μούσα αυτή.