Пенелопе Крус Санчес е родена на 28 април 1974 г. в Мадрид, Испания в семейтвото на търговеца Едуардо и фризьорката Енкарна. Кръстена е на песента на Хуан Мануел Серат “Пенелопе”. Има брат Eдуардо, който е певец и сестра Моника, която също е актриса и двете са рекламни лица на испанската марка Мango.
Като малка Пенелопе е много атрактивна и започва да се снима в телевизионни реклами. За развлечение, тя решава да фокусира своята енергия върху танците. След като учи класически балет в Консерваторията тя продължава с по- известни и достъпни танци. На 15 години е избрана сред 300 кандидатки на прослушване в една от испанските телевизии.
Тя подписва договор за участие в няколко телевизионни програми и музикални клипове, което й отваря пътя към големия екран. Изпълението на Виктория Абрил във филма на Педро Алмодовар “Ела, завържи ме” (1990) е причината да вземе решение да стане актриса. Две години по-късно Г-ца Санчес дебютира в киното във филма на Бигас Луна “Шунка” (1992). Същата година тя участва и в хита “Бел Епок” (1992), който печели “Оскар” за най-добър чуждестранен филм. Следват “Laberinto griego, El” (1993), “Alegre ma non troppo” (1994), “Еntre rojas” (1995) , “Amor perjudica seriamente la salud, El” (1996).
Крус бързо се превръща в звездата на испанското кино. През 1997 се снима във филма на Педро Алмодовар “Жива плът”. Благадарение на испанския режисьор, младата актриса скоро става световно известна. Същата година участва и в още един хит на родна земя, който печели осем награди “Гоя” (без награда за Пенелопе обаче) - “Отвори очи” (1997) на Алехандро Аменабар.
Тя променя външния си вид окончателно през 1998 г., когато печели “Гоя” за най-добра актриса за изпълнението си в “Момичето на твоите мечти” (1998). Но филмът, който я прави най-известната испанска актриса в целия свят е “Всичко за майка ми” (1999). Докато заглавието е засипвано от награди, Пенелопе Крус се оказва търсена и от двете страни на океана. През 2000 година се снима в комедията “Жена на върха”.
Следват снимки отново в Щатите на “Дрога” с Джони Деп и на “Тези прекрасни коне” (2000) с друг сексимвол - Мат Деймън. След снимките красавицата решава да стане вегетарианка. През 2001 г. Камерън Кроу я кани за римейка на испанския “Отвори очи” - “Ванила скай” (2001). По време на снимките с Том Круз стават гаджета, връзката им продължава до 2004 г. През 2003 участва в новата версия на “Фанфан лалето”, успява до края на годината да се снима и в “Готика” с Холи Бери.
Много иска да участва в италианския “Не мърдай” на Серджо Кастелито, за целта се налага да научи италиански език. Нейната героиня Италия е може би най-грозната и добрата в кариерата й. За ролята си получава награда “Давид на Донатело” за най-добра актриса. Същата година се снима и в апетитния “Глава в облаците”, където блести и Чарлийз Терън.
През 2005 се снима в приключенския “Сахара”, където й партнира Матю Макконъхи, с който по-късно започва да излиза. Харесва индийското кино. Отново работи с Алмодавар в “Завръщане” (2006). Следва трилърът “Елегия” с Бен Кингли. След като я видим във “Вики Кристина Барселона” на Уди Алън, през 2009 ще я очакваме в “Abrazos rotos, Los”.
След като получи своя "Оскар" за “Вики Кристина Барселона”, Пенелопе Крус е щастливо омъжена за Харвиер Бардем, който наскро го дари и с дете.