Gayle (75no) och Pollard lagt 65 off 25 bollar som Windies plågade upp 205-4, den högsta poängen i turneringen.
Trots en trotsig 29-ball 63 från kapten George Bailey, Australien återhämtade sig aldrig från en dålig start, rasar till 131 alla ut att förlora med 74 körningar.
West Indies kommer i Colombo på söndag.
Det var en fenomenal utställning från Västindien, baserad på en annan utställning av den ojämförliga Gayle.
– Anledningen till att Gayle är så bra är att en fladdermöss normalt lägger bort den dåliga bollen för fyra, men Gayle behöver inte ens träffa bollen rent och det gäller för sex. "Han är så mäktig att marken inte är stor nog för honom."
Trots att endast 41 bollar i 20-over innings och kräver behandling halvvägs igenom för en sidopåfrestning, lyckades den vänsterhänta öppnaren fortfarande komma inom 25 körningar av ett århundrade, krossa sex sexor och fem fyror med en strejkfrekvens på 182.
Marlon Samuels hjälpte till att sätta tempot med en breezy 26 och Dwayne Bravo slog tre höga sexor i hans 37 off 31 bollar.
Men det var Gayle och Pollard, som plundrade 63 springer av de sista fyra overs, som verkligen demoraliserade Australien.
Efter att ha sett den tidigare ekonomiska Mitchell Starc carted för 17 i näst sista över, Bailey tog en chansning genom att kasta bollen till vänster-arm spinner Xavier Doherty.
Det visade sig vara ett kostsamt misstag när Gayle högg en sexa över midwicket innan Pollard hjälpte sig själv till tre maximum i rad.
Han gömde ut vid långväga av den sista bollen av innings att falla för 38 av 15 leveranser, men skadan hade gjorts.
Australiens bästa chans att gå med i sina kvinnors lag i finalen genom att slutföra den gemensamma näst högsta framgångsrika kör jakten i turneringens historia var alltid sannolikt att ligga med produktiva öppnare David Warner och Shane Watson.
16 – Chris Gayle (Västindien)
15 – Shane Watson (Australien)
13 - Lukas Wright (England)
10 - Brendon McCullum (Nya Zeeland)
9 - Marlon Samuels (Västindien)
Så när båda var skålade av ben-spinner Samuel Badree inuti de första fem overs, var skriften på väggen.
Warner blev avskedad från den sista bollen i den första omgången när en TV - repris bekräftade att en googly hade rakat av sin stubbe.
Efter Mike Hussey toppade en returfångst till Marlon Samuels efter en snabb 18, Watson var slott för sju av en som fizzed på.
Ravi Rampaul tog två wickets i tre bollar - Cameron White fångade ner benet sidan och David Hussey fångade och bowlade av en framkant - innan Matthew Wade fångade svepning för att lämna Australien rulla på 43-6.
Bailey, inte känd för sin ball-triking, ledde en enmans motattack, men med den nödvändiga rus-rate smygande över 14 per over, hans innings var inget annat än en fotnot till förfarandet.
Så det visade sig när Pollard tog bort Pat Cummins och Bailey i samma over, Brad Hogg var stubbed av Sunil Narine och Rampaul skålade Starc för att avsluta en fenomenal seger.
The Windies är klara till sin första globala final sedan 2004, när de slog England på Oval för att vinna Champions Trophy.
Tthey kommer att ställas inför ett svårt test mot Sri Lanka, som i Lasith Malinga och Ajantha Mendis, har två av de mest framgångsrika bowlare på turneringen, och kommer att hejas på av en rasande hemmapublik.
Chris Gayle och Kieron Pollard producerade en utmärkt uppvisning av makt träffande som West Indies thrash Australien för att nå finalen av World Twenty20.