Vďaka výrazným črtám tváre a veľkému nosu nie je práve prototypom typickej hollywoodskej hviezdy. Ale on sa hviezdou ani nikdy nesnažil stať. Narodil sa v Kalifornii 17.8.1960 ako druhorodený syn hercov Lea Penna a Eileen Ryanovej. To, že obaja rodičia pôsobili v umeleckej sfére, sa odrazilo aj v ďalšom smerovaní všetkých troch ich synov. Najmladší Chris sa tiež vydal na hereckú kariéru a najstarší Michael je hudobník.
Vďaka otcovi získal pár menších úloh v televízii a v roku 1980 si zahral na Broadwayi, kde si ho všimli hľadači talentov pre film Taps. Vo filme o vzbure na americkej vojenskej akadémii debutoval spolu s ním aj Tom Cruise. O rok neskôr získal hlavnú úlohu hippie surfera v komediálnej dráme zo študentského prostredia Fast Times at Ridgemont High. Aj jeho ďalšie postavy boli zväčša problémoví mladíci stojaci na hrane zákona a nerešpektujúci spoločenské konvencie. V dráme Bad Boys (1983) si zahral chlapca, ktorý nešťastnou náhodou zabije mladšieho brata drogového dílera. V komédii Crackers (1984) bol rockovým gitaristom, ktorý sa podieľa na vylúpení pokladne. Drogového dílera, ktorý pomáha svojmu kamarátovi predať tajné vládne dokumenty Sovietskému zväzu stvárnil vo filme The Falcon and the Snowman (1985). A vo filme At Close Range (1986) sa ako syn psychopatického otca stal zlodejom proti svojej vôli.
V tom čase už bol ženatý s Madonnou, s ktorou si zahral v prepadáku Šanghajské prekvapenie (1986). No toto manželstvo (podobne ako väčšina ďalších v Hollywoode) nevydržalo dlho a po troch rokoch sa rozviedli. V roku 1988 hral po boku Roberta Duvalla vo filme Colors pod režijnou taktovkou svojho kamaráta Dennisa Hoppera. Nasledovala úloha sadistického seržanta vo vojnovej dráme z vietnamskej džungle Obete vojny, kde svojim výkonom zatienil aj Michaela J. Foxa v hlavnej úlohe. V tom istom roku ešte stihol nie príliš vydarenú komédiu We’re No Angels po boku Roberta De Nira a Demi Moore. Pri natáčaní gangsterky State of Grace (1990) sa zoznámil s herečkou Robin Wright, s ktorou sa po šiestich rokoch a dvoch spoločných deťoch aj oženil. V roku 1991 si prvý krát sadol aj na režisérsku stoličku a výsledkom bola výborná dráma The Indian Runner. Rovnako úspešné boli aj jeho ďalšie dva režisérske počiny – Križovatka smrti (1995) a Prísaha (2002), oba s Jackom Nicholsonom v hlavnej úlohe.
Narodenie detí a následné presťahovanie mimo Hollywoodu spôsobilo, že sa Penn začal objavovať pred kamerou zriedkavejšie, no o to pôsobivejšie boli jeho herecké kreácie. Či už to bola postava právnika na scestí v gangsterskej dráme Briana De Palmu Carlitova cesta (1993), kde bol rovnocenným partnerom Al Pacina a za svoj výkon bol nominovaný na Zlatý Glóbus, alebo úloha odsúdenca na smrť v dráme Tima Robbinsa Mŕtvy muž prichádza (1995). Za výkon v tomto filme získal svoju prvú nomináciu na Oscara, ďalšiu nomináciu na Zlatý Glóbus a cenu na MFF v Berlíne. Tvrdá a usilovná práca sa vyplatila a konečne začala prinášať ovocie v podobe tých najprestížnejších ocenení.
V roku 1997 si zahral po boku svojej manželky v psychologickej dráme She’s So Lovely a za stvárnenie psychicky labilného Eddieho bol ocenený na MFF v Cannes. Nezabudnuteľné, aj keď žiadnymi cenami neocenené, sú jeho postavy vo filmoch U-Turn Olivera Stonea, Hra Davida Finchera a Tenká červená čiara. Na MFF v Benátkach triumfoval v úlohe cynického castingového agenta vo filme Hurlyburly. Nasledovala ďalšia nominácia na Oscara a Zlatý Glóbus za film Woodyho Allena Sladký ničomník. Ďalší skvelý herecký výkon predviedol v dráme Ja som Sam (2001). Úloha dospelého muža s mentalitou 7-ročného chlapca, ktorý sa musí starať o malú dcéru mu priniesla tretiu nomináciu na Oscara.
Najväčšieho úspechu sa však dočkal v roku 2003, keď získal Oscara a Zlatý Glóbus za film Clinta Eastwooda Tajomná rieka. Stvárnenie otca odhodlaného pomstiť smrť svojej dcéry bolo natoľko presvedčivé, že si tieto najprestížnejšie ceny určite zaslúžil. Rovnako skvelou a nezabudnuteľnou postavou je tá z filmu 21 gramov, kde hral smrteľne chorého profesora, ktorý na poslednú chvíľu utečie hrobárovi z lopaty vďaka transplantácii srdca. Neminula ho za to ďalšia cena na MFF v Benátkach. V dráme Zabijem Nixona hral muža, ktorý bol dohnaný k atentátu na prezidenta Spojených štátov. Trochu z iného súdku je jeho postava agenta FBI v politickom thrilleri Tlmočníčka po boku Nicole Kidman.
Žiadny z jeho filmov sa nestal veľkým diváckym hitom, dokonca viacero jeho filmov úplne prepadlo, no aj napriek tomu patrí medzi najväčšie filmové hviezdy. Kým v osemdesiatych rokoch sa o ňom písalo len preto, lebo bol manželom Madonny, teraz sa o ňom píše preto, lebo je to skvelý herec.