Les eucaryotes possèdent dans leur noyau diverses RNAP, chacune pour synthétiser un type d'ARN. Tous sont similaires et apparentés entre eux et à la RNAP bactérienne :
- L'ARN polymérase I synthétise un pré-ARN qui formera les principales sections d'ARN du ribosome.
- L'ARN polymérase II synthétise les précurseurs des ARNm et la plupart des snRNA et microARN. C'est le type le plus étudié. Il a besoin d'une série de facteurs de transcription pour se lier aux promoteurs.
- L'ARN polymérase III synthétise les ARNt, l'ARNr 5S et d'autres petits ARN présents dans le noyau et le cytosol.
- L'ARN polymérase IV synthétise l'ARNsi chez les plantes.
- L'ARN polymérase V synthétise les ARN impliqués dans la formation d'hétérochromatine dirigée par le siRNA chez les plantes.
Les chloroplastes eucaryotes ont une RNAP très similaire à la RNAP bactérienne ("plastid-encoded polymerase"). Les chloroplastes eucaryotes ont également une seconde RNAP, sans lien de parenté.
Les mitochondries eucaryotes contiennent une RNAP non apparentée (membre de la famille des protéines "RNAP à sous-unité unique").
La cristallographie aux rayons X des polymérases de l'ADN et de l'ARN montre que, à part le fait d'avoir un ion Mg2+ au niveau du site catalytique, elles sont pratiquement sans rapport entre elles. Ainsi, les deux classes d'enzymes sont apparues indépendamment à deux reprises au cours de l'évolution précoce des cellules. L'une d'entre elles a donné naissance aux polymérases modernes de l'ADN et aux transcriptases inverses. L'autre lignée a conduit à toutes les ARN polymérases cellulaires modernes.