Polonia Bytom jako pierwszy polski klub przebiła się przez rundę wstępną Pucharu Europy Mistrzów Krajowych – wyczyn, którego w tamtym czasie nie mógł się poszczycić żaden inny zespół znad Wisły. Klub powstał 4 stycznia 1920 roku, gdy na zebraniu założycielskim powołano do życia Towarzystwo Sportowe Polonia, odpowiadając na apel Polskiego Komisariatu Plebiscytowego wzywającego do tworzenia polskich organizacji sportowych na Górnym Śląsku. Działalność klubu przerwał w 1922 roku podział regionu między Polskę a Niemcy, a bytomscy działacze i zawodnicy musieli przenieść się do Chruszczowa i Miechowic, gdzie kontynuowali sportową tradycję pod inną nazwą. Do rodzinnego Bytomia klub powrócił dopiero w maju 1945 roku, gdy reaktywowano go pod prezesurą Jana Wilgi, a szeregi Polonii szybko zasilili także zawodnicy i działacze przybyli ze zlikwidowanych klubów lwowskich.
Złota era Polonii przypadła na lata 50. i 60. XX wieku, gdy klub dwukrotnie sięgnął po mistrzostwo Polski – w 1954 roku oraz w 1962, w skróconym, rozgrywanym wyłącznie wiosną sezonie, gdy o tytule zadecydował dwumecz z Górnikiem Zabrze, wygrany dzięki czterem golom Jana Liberdy i Ryszarda Pogrzeby. Już w 1958 roku, jako pierwszy śląski klub w europejskich pucharach, Polonia zagrała w Pucharze Europy Mistrzów Krajowych, odpadając w pierwszej rundzie po dwóch porażkach 0:3 z węgierskim MTK Budapeszt. Cztery lata później, broniąc już tytułu mistrza Polski, drużyna wyeliminowała w kwalifikacjach grecki Panathinaikos Ateny, stając się pierwszym polskim klubem, który dotarł do właściwej rundy tych rozgrywek, choć w kolejnej fazie uległa tureckiemu Galatasarayowi. Bramki dla bytomian bronił wówczas legendarny Edward Szymkowiak, wielokrotny król strzelców wśród bramkarzy i patron dzisiejszego stadionu klubu.
Szczytem europejskich osiągnięć Polonii pozostaje rok 1965, gdy klub zdobył Puchar Rappana (Interoto), pokonując w finałowym dwumeczu wschodnioniemiecki SC Lipsk – po porażce 0:3 na wyjeździe bytomianie odrobili straty na własnym stadionie, wygrywając 5:1 i do dziś pozostając jedynym polskim klubem piłkarskim, który zdobył europejski puchar. Klub, który wychował 26 reprezentantów Polski, w tym pięciu olimpijczyków, od początku lat 80. stracił jednak na znaczeniu i przez większość kolejnych dekad występował w niższych ligach, z krótkim powrotem do ekstraklasy w latach 2007–2011. Po latach odbudowy Polonia awansowała do I ligi w sezonie 2024/2025, kontynuując grę pod hasłem powrotu bytomskiej piłki na wyższy poziom rozgrywkowy.