Ponomarjow begann mit sieben Jahren unter seines Vaters Boris Ponomarjow mit dem Schachspiel. 1996 wurde er im Alter von zwölf Europameister der Junioren unter 18 Jahren im Jahr wurde er Jugendweltmeister. 1998 wurde er zum seinerzeit jüngsten Großmeister ernannt.
2002 gewann er den Titel des Schachweltmeisters der FIDE . Im Zuge von Bestrebungen die derzeit konkurrierenden Weltmeistertitel wieder zu vereinigen sollte Ponomarjow 2003 einen Wettkampf gegen Garri Kasparow spielen der aber nicht zustande kam.