Пенелопа Крус Санчес родилась в Мадриде 28 апреля 1974 года. Ее отец был мелким торговцем, а мать – парикмахершей. В детские годы Пенелопа любила танцы и джаз. В девять лет она пошла учиться в Испанскую национальную консерваторию. В консерватории Пенелопа стала заниматься классическим балетом, после чего серьезно увлеклась танцами. Девочка посещала различные танцевальные кружки. Ее учителем по танцам была Кристина Рота. В пятнадцатилетнем возрасте Пенелопа снялась в телевизионном шоу и в нескольких музыкальных клипах. В 1991 году ее пригласили сыграть роль в картине «Греческий лабиринт». После съемок фильма семнадцатилетнюю Пенелопу положили в клинику с нервным истощением. В 1992 году Крус снялась в картине «Эра красоты». Данная картина получила множество национальных премий и была названа лучшим иностранным фильмом. Настоящая слава пришла к Пенелопе в 1997 году после съемок в фильмах «Живая плоть» и «Открой глаза».В 1999 году она появилась в фильме «Все о моей матери», который открыл Каннский кинофестиваль. После этого последовали ее роли в большом кино. Пенелопа снялась в картинах «Неукротимые сердца» вместе с Мэттом Дэймоном, «Кокаин» и «Пираты Карибского моря 4», где ее партнером по фильму был Джонни Депп, «Выбор капитана Корелли» с Николасом Кейджем,  «Бандитки» с Сальмой Хайек, «Ванильное небо» с Томом Крузом. С 2001 по 2004 год у Пенелопы Крус с Томом Крузом был роман.

У Пенелопы есть сестра — Моника Крус, которая является актрисой и танцовщицей, а также брат - Эдуардо Крус, испанский музыкант, певец и композитор. Пенелопа Крус состоит в браке с актером Хавьером Бардемом, у них есть общий ребенок, сын Лео Энкинас Бардем. Интересно, что в день рождения сына его отец Хавьер получил номинацию на «Оскар» в категории «Лучший актер». В 1997 году Пенелопа Круз на два месяца отправилась в Уганду в качестве волонтера. В 1998 году занималась волонтерством в детском доме в Калькутте. В 2002 году она возглавила американский филиал Sabera Foundation, который занимается благотворительностью. Пенелопа финансирует различные благотворительные фонды. По возможности принимает участие в различных благотворительных акциях. Вместе с мужем Крус является сторонником движения RED.