Penélope Cruz Sánchez nació en Alcobendas en Madrid en 1974. Su nombre deriva de una de las canciones favoritas de sus padres, 'Penélope', compuesta e interpretada por el cantante Joan Manuel Serra t. Tiene dos hermanos pequeños, Eduardo Cruz que se ha dedicado al mundo de la canción, y Mónica Cruz, actriz y bailarina con quien guarda un asombroso parecido.
Fue a los trece años cuando se siente muy atraída por el cine después de ver la película '¡Átame!' de Pedro Almodóvar. Estudió en el Conservatorio Nacional de Madrid donde cursó nueve años de aprendizaje de ballet clásico, cuatro años de mejora de la danza en diversos cursos en la Escuela Cristina Rota en Madrid y tres años de ballet español con Ángela Garrido. Por otro lado, estudió interpretación y se presentó a muchas pruebas para poder trabajar de actriz.
La primer aparición interpretativa de Penélope Cruz fue en el videoclip de 'La fuerza del destino' de Mecano. Tras este pequeño proyecto le llegó la oportunidad de presentar 'La quinta marcha' en Telecinco, un programa de televisión orientado a adolescentes donde coincidió con Jesús Vázquez.
La primera película de Penélope fue El laberinto griego en 1990 dirigida por Rafael Alcázar, y después vino 'Jamón, jamón' del director Bigas Luna en 1992. De esta película salió potenciada como una sex-symbol debido al contenido erótico de la película. Con esta película fue nominada en la VII edición de los Premios Goya de la academia del cine español como actriz protagonista y al Fotogramas de Plata a la mejor actriz de cine.
En 1992 trabajó en el filme 'Belle Époque' de Fernando Trueba, película rodada gran parte en Portugal, que ganó el Premio Óscar a la mejor película de habla no inglesa en 1993. En 1996 le surgieron dos grandes oportunidades: protagonizar La Celestina, dirigida por Gerardo Vera, en la que trabajó con Terele Pávez, Juan Diego Botto y Maribel Verdú entre otros actores y la comedia romántica 'El amor perjudica seriamente la salud', de Manuel Gómez Pereira, consagrándose como una de las grandes del cine español.
Poco a poco se fue convirtiendo en una actriz más conocida y solicitada y en 1997 consigue cumplir su sueño de trabajar al lado de Almodóvar. Fue en 'Carne trémula' donde volvió a coincidir con Javier Bardem tras trabajar en 'Jamón, jamón'. Junto a Amenábar hizo 'Abre los ojos' al lado de Eduardo Noriega. 'La niña de tus ojos', de nuevo bajo la dirección de Fernando Trueba, le hizo conseguir el Premio Goya como actriz protagonista. También se llevó el Fotograma de Plata.
Su salto a Hollywood llegó con 'Todo sobre mi madre', ganadora del Premio Oscar en el año 2000. Después hizo películas como 'La mandolina del capitán Corelli', 'Vanilla Sky', que fue un remake de 'Abre los ojos', 'Blow' o 'Sahara'. Gracias a la película 'Volver' consigue su primera nominación al Premio Oscar en el año 2007 compitiendo con figuras como Maryl Streep o Kate Winslet. Fue en el año 2009 con 'Vicky Cristina Barcelona' dirigida por Woody Allen cuando consigue ser la primera actriz española premiada con un Oscar. Por tercera vez en cuatro años volvió a ser nominada al Premio Oscar por la película 'Nine', aunque no consiguió hacerse con la victoria.
En 2011 participó como coprotagonista junto a Johnny Depp en una de las entregas de la saga 'Piratas del Caribe' y volvió a rodar junto a Woody Allen. Entre finales de 2012 y principios de 2013 estrenó Volver a nacer, una película italiana en la que fue reconocida por la crítica y obtuvo una nueva candidatura al Premio Goya cómo mejor actriz principal. Son muchas las películas que se suman su trayectoria, entre ellas se encuentran 'Zoolander', 'La Reina de España' o 'Ma ma'.
En cuanto a su vida sentimental, comenzó a salir con Nacho Cano, miembro del grupo musical Mecano tras ser la protagonista de uno de sus videoclips, y su relación duró seis largos años. Más tarde comenzó una relación con Tom Cruise, con quien se hizo muy conocida de manera internacional, aunque terminaron en el año 2004. Formando parte de Hollywood conoció en el rodaje de Sahara a Mattew McConaughey, con quien mantuvo una breve relación de un año.
A pesar de que a Javier Bardem le conocía desde que tenía cerca de veinte años y tras haber trabajado juntos en varias ocasiones, fue en 2010 cuando se casaron en las Bahamas. La pareja tuvo un hijo en el año 2011 al que llamaron Leo, y más tarde una hija en 2013 a la que llamaron Luna.