Demonstrationerna bröt ut efter beslutet om att de polska lagarna står över EU-lag, vilket går emot Europeiska unionens grundprinciper.
Oppositionspolitiker, aktivister och artister deltog i demonstrationerna för att försvara ett “europeiskt Polen”.
Pro EU-demonstrationerna ordnades på uppmaning av bland andra oppositionsledaren och Europeiska rådets före detta ordförande Donald Tusk. Enligt organisatörer ordnades demonstrationer i över hundra städer och byar, och i demonstrationen i huvudstaden deltog uppemot 100 000 personer.
– Vi vet mycket väl varför de vill lämna EU. Det är för att kränka medborgarnas rättigheter genom straffrihet, för att kränka demokratiska principer och för att stjäla utan några hinder, sa Tusk då han talade inför demonstranterna i söndags.
Demonstranter lyste upp ett torg i centrum med sina mobiltelefoner, sjöng nationalsången och ropade “Vi stannar!”.
EU-medlemskapet är generellt sett mycket omtyckt i Polen i och med friheten att resa inom unionen och den ekonomiska uppgången i landet.
– Den här regeringen har gått över alla gränser. Det är snarast en maffiastat numera, kommenterar en anonym kvinna domstolsbeslutet i en intervju för nyhetsbyrån AFP.
Polens premiärminister: "Polen hör hemma i den europeiska familjen"
Demonstranterna befarar att högsta domstolens domslut kan bana väg för ett senare polskt EU-utträde, trots att det ledande partiet nationalkonservativa Lag och Rättvisa (PiS) förnekat att det är den riktningen man vill ta.
Polens premiärminister Mateusz Morawiecki (PiS) har försvarat beslutet, med motiveringen att Polen "har samma rättigheter som andra länder. Vi vill att de här rättigheterna respekteras".
Han sa också att Polen hör hemma i den "europeiska familjen" och att hans parti inte har några som helst planer på ett så kallat "polexit". Enligt honom är Polens medlemskap från 2004 en av de senaste årtiondenas höjdpunkter.
Morawiecki har på twitter kallat "polexit" för "fake news" och sagt att det är en skadlig myt, rapporterar AP.
Konflikten bottnar i dom om att EU-lagar är grundlagsvidriga
I torsdags slog Polens högsta domstol fast att en del EU-lagar strider mot landets grundlagar, vilket i praktiken kan innebära att Polen inte kommer att följa alla europeiska domstolsbeslut. Det här är det senaste i den redan ansträngda relationen mellan EU och Polen.
EU-rätten har företräde framför nationell lagstiftning i samtliga medlemsländer, och högsta domstolens beslut har kritiserats skarpt av EU-kommissionen som sagt att den väcker allvarlig oro.
Man varnade också Polen för att kommissionen inte kommer att tveka att använda sig av de befogenheter EU-fördragen tillåter för att säkerställa EU-rättens integritet och tillämpning av den.
Under de senaste åren har EU kritiserat Polen bland annat för att urholka sina domstolars suveränitet.
Polen har också kritiserats för att undergräva pressfriheten i landet, och för att tumma på rättigheter för sexuella minoriteter.
Vad kan EU då göra? I praktiken finns det två alternativ.
Antingen kan man inleda ett överträdelseförfarande. Det har man gjort flera gånger mot exempelvis Polen och Ungern. Det handlar om en juridisk process som kommissionen kan inleda då den anser att ett medlemsland har brutit mot EU-lag.
I praktiken innebär det att det medlemsland som brutit mot EU-lagar får böter fram till att man slutat med det. Ifall Polen vägrar betala kan kommissionen hålla tillbaka andra bidrag.
Det andra alternativet är att mer direkt skära av pengaflödet. EU har redan dragit ut på att betala coronastödpengar till Ungern och Polen genom att inte ännu ha gett grönt ljus för deras nationella återhämtningspaket.
Coronapengar i vågskålen
Framför allt kan den polska domen få konsekvenser för Polens del av EU:s coronaåterhämtningsfond, som i praktiken innebär 23 miljarder euro i stödpengar och billiga lån.
Ännu har inte regeringen beslutat att officiellt publicera domslutet, vilket innebär att det inte ännu vunnit laga kraft.
Enligt experter kan regeringen låta vänta med att fatta ett beslut för att inte äventyra coronastödpengarna.
Att Polen skulle frysas ut juridiskt ur EU ser inte särskilt sannolikt ut.
Genom ett så kallat artikel 7-förfarande är det möjligt att tillfälligt dra in ett medlemslands rösträtt i Europeiska rådet, men det förutsätter att alla medlemsländer godkänner det – vilket ses om osannolikt.
Ett artikel 7-förfarande är ett förfarande som kan inledas mot en medlemsstat som allvarligt åsidosätter EU:s grundläggande värden, så som demokrati, mänskliga rättigheter och rättsstatsprincipen.
Både Polen och Ungern har hotats med artikel 7-förfaranden, men processerna har inte lett någon vart. I praktiken kan det ändå tänkas att båda kan lita på den andra ifall man i framtiden röstar om att inleda ett sådant förfarande.
Källor: AFP, Reuters, AP, Politico, BBC