Penelope Cruz urodziła się 28 kwietnia 1974 roku w Madrycie, stolicy Hiszpanii. Jej rodzicami są Eduardo Cruz, sprzedawca, i Encarna Sanchez, fryzjerka. Pen ma dwójkę młodszego rodzeństwa: siostrę (również aktorkę)
Monicę i brata
Eduardo (muzyka).
Od małego jej życie było związane z tańcem. Już w wieku 4 lat rozpoczęła edukację sceniczną baletu, a przez 9 lat uczyła się tańca klasycznego w madryckim Conservatorio Nacional. Przez 3 lata kontynuowała naukę tańca w Balecie Hiszpańskim. Z czasem zrezygnowała z tego zajęcia i zajęła się aktorstwem.
W 1992 roku pojawiła się w "
Belle époque", który otrzymał Oscara za najlepszy film nieanglojęzyczny. W 1999 roku wystąpiła w filmie
Pedro Almodovara "
Wszystko o mojej matce", który również otrzymał Oscara za najlepszy film nieanglojęzyczny. Od tej pory zaczęła regularnie pojawiać się w hollywoodzkich produkcjach. W 2006 roku wystąpiła po raz kolejny w filmie
Almodovara pt. "
Volver". Za tę rolę otrzymała swoją pierwszą nominacją do Oscara. Dwa lata później Akademia uhonorowała ją statuetką w kategorii najlepsza aktorka drugoplanowa za rolę Marii Eleny komedii
Woody'ego Allena, "
Vicky Cristina Barcelona". W 2009 roku otrzymała swoją trzecią nominację do tej prestiżowej nagrody za rolę w "
Nine". W 2012 roku wystąpiła w kolejnym filmie Allena pt. "
Zakochani w Rzymie" oraz hiszpańskiej produkcji "
Powtórnie narodzony". Za rolę w tym drugim projekcie otrzymała kolejną nominację do nagrody Goya. W 2013 roku pojawiła się w "
Przelotnych kochankach"
Pedro Almodovara oraz "
Adwokacie"
Ridleya Scotta.
Penelope była związana z takimi aktorami jak
Tom Cruise,
Matthew McConaughey,
Matt Damon czy
Josh Hartnett. 14 lipca 2010 roku wyszła za mąż za aktora
Javiera Bardema, z którym ma syna Leo urodzonego w styczniu 2011 roku.