La méthode de synthèse la plus simple et la plus courante est appelée polycondensation par estérification. Il s'agit de la réaction d'un diacide carboxylique ou de l'un de ses dérivés comme le dianhydride d'acide avec un diol, donnant l'ester et un autre composé (eau, acide carboxylique...).
Il est aussi possible de synthétiser un polyester à partir de di-ester et de diol. On parle alors de transestérification.
Le polyester sert surtout à fabriquer des fibres textiles synthétiques, dont les plus connues sont le Tergal et le Dacron. C'est la fibre synthétique la plus produite dans le monde. Elle représente environ 70 % des fibres synthétiques utilisées dans le vêtement (vêtements de sport, maillots de bain, tenues).
Outre son utilisation très répandue dans l'habillement, souvent en mélange avec d'autres fibres, notamment le coton et la laine, ses applications se sont diversifiées dans l'industrie, notamment sous forme de films en agriculture et dans les travaux publics (géotextiles). Il est utilisé dans les emballages pour la conservation de la viande.
En se substituant pour la fabrication des bandes aux supports fragiles classiques tels que l'acétate, le polyester permit dans les années 1970 une généralisation de l'enregistrement magnétique chez les particuliers.
Le polyester insaturé (UP) est aussi la résine la plus répandue dans la fabrication de pièces en matériaux composites. Il s'agit d'une résine thermodurcissable liquide, à laquelle on ajoute un durcisseur en faible proportion et des charges. Les résines polyester sont souvent associées au verre (ce renfort peut se présenter sous forme de fibres, tissus, microbilles) dans les pièces composites.
Il s'agit en général de composites à faible coût (coût matière ~ 2 €/kg, verre plus résine polyester). Les composites à matrice polyester sont utilisés principalement pour des applications grand public : fabrication de piscines, bateaux, cuves, etc.