Penélope Cruz e nisi rrugëtimin artistik si balerinë, duke studiuar për vite në Konservatorin Mbretëror të Madridit. Megjithatë, në adoleshencë u dashurua me aktrimin, e frymëzuar nga filmat e Pedro Almodóvar, me të cilin më vonë bashkëpunoi në disa projekte të suksesshme.
Debutoi në filmin Jamón, Jamón (1992), dhe u bë shpejt një prej emrave më të njohur të kinemasë spanjolle. Karrierën ndërkombëtare e nisi në fund të viteve ’90, duke u afirmuar në Hollivud me filma si Vanilla Sky, Blow dhe Vicky Cristina Barcelona – roli që i solli çmimin Oscar në vitin 2008.
Larg vëmendjes së tabloidëve, ajo është e martuar me aktorin Javier Bardem dhe ka dy fëmijë. Përveç sukseseve në film, është edhe ambasadore e markave të njohura si Chanel dhe Lancôme, por mbetet gjithmonë e përkushtuar ndaj artit të saj.