Penélope Cruz Sánchez 1974. április 28-án született Madridban, Spanyolországban. Apja, Eduardo Cruz autószerelő, anyja Encarna Sánchez fodrásznő.
Két testvére van: húga, Mónica – színésznő és öccse, Eduardo – énekes. Húga profi flamenco táncos.
Az Oscar-díjas Penélope hat éves korától klasszikus balettet tanult a spanyol nemzeti konzervatóriumban, tizenöt évesen háromszáz másik jelentkező mellett nyert meg egy tehetségkutató versenyt, felhagyott a tánccal, otthagyta a középiskolát és a színészettel kezdett foglalkozni. Jöttek a reklámszerepek, tévé-filmszerepek, mígnem Pedro Almodóvar sztárrendező csapott le a fiatal színésznőre s így már számítani lehetett azzal, hogy Hollywood is felfedezi magának Penélopet. Spanyol színésznőként Pedro Almodóvar VOLVER c. filmjében nyújtott szerepéért Oscar-díjra és Aranyglóbuszra is jelölték s ez után a Vickí Cristina Barcelonában c. filmben nyújtott alakításáért – a legjobb női mellékszereplőnek járó Oscar-díjat kapta.
Hét éve vegetariánus, jótékonykodik: egyik filmgázsiját felajánlotta a Teréz anya alapítványnak. Évekig egy spanyol zenésszel járt, majd Tom Cruz, Matthew McConaughey, Orlando Bloom következtek. Másfél éve él együtt Javier Bardem spanyol színésszel.
Ő a LOreal reklámarca s húgával a spanyol Mango divatcéget népszerűsítik.
Legismertebb filmjei: G-Force, Szahara, Gotika, Vanília égbolt… de rengeteg jó filmben játszott egyébként.