Родился 24 февраля 1953 г. в г. Баку (Азербайджанская ССР, ныне Азербайджанская Республика) в семье военного моряка.
В 1976 г. окончил Ленинградский институт авиационного приборостроения (ныне Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения) по специальности "инженер-механик по приборам авиационно-космической медицины", в 1980 г. - Высшие курсы КГБ СССР в Минске, в 1994 г. - Санкт-Петербургский финансово-экономический техникум (ныне Санкт-Петербургский филиал Финансового университета при правительстве РФ).
Кандидат экономических наук. В 2004 г. в Московском государственном социальном университете защитил диссертацию на тему "Развитие механизмов взаимодействия властных и предпринимательских структур".
Окончил физико-математическую школу №211 в Ленинграде.
В 1972 г. в составе студенческого стройотряда участвовал в строительстве Камского автомобильного завода в Набережных Челнах (Татарская АССР, ныне Татарстан).
После окончания вуза по распределению был направлен в ленинградское НПО "Ленинец", занимавшееся разработкой высокоточных радиолокационных систем и бортовых систем летательных аппаратов (ныне ПАО "ЦНПО "Ленинец"). В 1976-1978 гг. работал там инженером.
В 1978 г. перешел на комсомольскую работу, был инструктором организационного отдела Невского районного комитета Всесоюзного ленинского коммунистического союза молодежи (ВЛКСМ). Занимался, в частности, проведением различных мероприятий на ряде крупных предприятий Невского района Ленинграда.
С 1979 г. служил в органах КГБ СССР. В 1980 г. принимал участие в обеспечении безопасности проведения Олимпийских игр в Москве. С 1980 г. - оперуполномоченный подразделения по обеспечению безопасности на транспорте в аэропорту Пулково управления КГБ (УКГБ) СССР по г. Ленинграду и Ленинградской области. С 1987 г. - начальник Выборгского городского отдела УКГБ по Ленинграду и области, затем Выборгского городского отдела управления Министерства безопасности РФ по Санкт-Петербургу и Ленинградской области.
В 1990 г. избран депутатом Ленинградского областного совета народных депутатов.
Был членом Коммунистической партии Советского Союза (КПСС), весной 1991 г. вышел из партии.
С 1992 по 1999 г. служил в налоговой полиции. В октябре 1992 г. занял должность начальника управления налоговых расследований при Государственной налоговой инспекции по Санкт-Петербургу, с 1993 г. - начальник управления департамента налоговой полиции России по Санкт-Петербургу. После переименования в декабре 1995 г. департамента в Федеральную службу налоговой полиции (ФСНП) России Георгий Полтавченко был назначен начальником управления ФСНП по Санкт-Петербургу.
В декабре 1998 г. баллотировался в Законодательное собрание Санкт-Петербурга по округу №43. В парламент не прошел, набрал 8,35% голосов избирателей (занял пятое место среди 17 кандидатов в депутаты).
5 июля 1999 г. указом президента РФ Бориса Ельцина назначен полномочным представителем президента РФ в Ленинградской области.
На выборах президента РФ в 2000 г. являлся доверенным лицом Владимира Путина.
С 27 мая 2000 г. по 28 ноября 2018 г. - член Совета безопасности РФ.
18 мая 2000 г. глава государства Владимир Путин назначил Георгия Полтавченко полномочным представителем президента РФ в Центральном федеральном округе (должность учреждена в мае того же года). Был переназначен полпредом 26 марта 2004 г. и 14 мая 2008 г.
22 августа 2011 г. президент РФ Дмитрий Медведев подписал указ о назначении Георгия Полтавченко врио губернатора Санкт-Петербурга. На этом посту он сменил Валентину Матвиенко.
31 августа 2011 г. Законодательное собрание города утвердило Георгия Полтавченко в должности губернатора Санкт-Петербурга по представлению президента РФ. В тот же день он официально вступил в должность.
5 июня 2014 г. президент РФ Владимир Путин принял заявление Георгия Полтавченко о досрочной отставке и назначил его врио главы Санкт-Петербурга.
14 сентября 2014 г. Георгий Полтавченко одержал победу на выборах губернатора Санкт-Петербурга, получив 79,30% голосов избирателей. Второе место заняла кандидат от КПРФ Ирина Иванова (9,37%). 24 сентября Полтавченко официально вступил в должность.
В сентябре 2016 г. на выборах в Государственную думу VII созыва возглавил региональный список партии "Единая Россия" в Санкт-Петербурге. После выборов от депутатского мандата отказался.
3 октября 2018 г. указом президента РФ Владимира Путина врио губернатора Санкт-Петербурга назначен Александр Беглов, полпред главы государства в Северо-Западном федеральном округе.
19 декабря 2018 г. Георгий Полтавченко был включен в состав совета директоров АО "Объединенная судостроительная корпорация". 25 декабря того же года его избрали председателем совета директоров компании. 25 августа 2023 г., после передачи ОСК в доверительное управление ВТБ, Полтавченко на посту главы председателя совета директоров ОСК сменил Андрей Костин.
С 22 января 2024 г. - председатель попечительского совета Северо-Западного института управления - филиала Российской академии народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ (РАНХиГС) в Санкт-Петербурге.
Действительный государственный советник РФ I класса (2001).
Генерал-лейтенант налоговой полиции в отставке.
Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" I, II, III, IV степеней (2023, 2018, 2008, 2003), Александра Невского (2013). Удостоен иностранных государственных наград: ордена Сербского флага I степени (Сербия; 2012) и ордена Дружбы (Южная Осетия; 2019).
Лауреат премии правительства РФ 2006 г. в области науки и техники. Премия вручена за разработку и внедрение новых технологий и проектно-технических решений при строительстве и реконструкции комплекса зданий Московского городского суда. Присуждена также международная премия Андрея Первозванного "За веру и верность" (2003).
Один из авторов учебника "Человек и его дело. Основы рыночной экономики" (2003). Под его редакцией также выпущен справочник для сотрудников правоохранительных органов "Правонарушения на финансовом рынке: выявление, анализ и оценка ущерба" (2007).