Пенелопа Крус родом из города Алькобендас, который находится в Испании. Родилась в 1974 году. Мать работала парикмахером, а отец работал в сфере розничной торговли. Пенелопа росла вместе с сестрой и братом, была старшим ребенком в семье. С детства девочка занималась балетом, из-за этого училась в национальной испанской консерватории. А после выпуска отправилась в США, где в течение нескольких лет обучалась в школе танцев.
Об актерской карьере девушка начала думать в возрасте 14-ти лет, после просмотра комедии «Свяжи меня!». Как впоследствии рассказывала девушка, в подростковом возрасте ее настолько впечатлил фильм, что она начала следить за режиссером. Прокрадывалась на съемочную площадку, патрулировала около его дома. Но лично познакомиться с режиссером будущая актриса не смогла.
Длительное время Пенелопа пыталась найти себе агента, но ее возраст был серьезной помехой, из-за чего с агентом были трудности. Но в 15 лет все изменилось, девушку взяли в агентство, отобрав ее из трех сотен конкуренток.
Дебютное появление на экране было в 1989 году, в видеоклипе одной поп-группы. А с 1990 года по 97 Пенелопа вела передачи для тинейджеров.
В кино актриса появилась в 1991 году, в сериале, который назывался «Розовая серия». Несмотря на то, что Пенелопа сыграла небольшую роль, ее тут же заметили. А через год актриса исполняла главную роль в фильме «Хамон, хамон». После выхода фильма в прокат, Пенелопу номинировали на первую кино награду, а издательство журнала «People» объявило актрису секс-символом года.
В 1993 исполнила ключевую роль в кинофильме «Изящная эпоха», получила престижную награду. Начала активно сниматься в испанских и итальянских фильмах.
Но переломный момент в карьере актрисы случился позже, в 2001 году. Она приняла участие в фильмах «Кокаин» и «Ванильное небо». Роли в этих фильмах принесли актрисе мировую известность.