'L'incantatrice spagnola', così Penélope Cruz Sánchez è conosciuta in tutto il mondo. Nata a Madrid il 28 aprile 1974 trova nella danza la sua prima passione. Come sua sorella Monica (ballerina di flamenco e star della serie tv "Paso adelante"), Penélope si dedica alla danza. A 15 anni vince però un concorso indetto da un'agenzia di talent scout che le fa ottenere alcune parti in programmi televisivi e video musicali. Il suo debutto cinematografico arriva nel 1992 in "Prosciutto, prosciutto" di Bigas Luna e "Belle Epoque" di Fernando Trueba, film vincitore di un Oscar come miglior film straniero. Nel 1993 recita in due produzioni italiane: "Per amore, solo per amore" di Giovanni Veronesi accanto a Diego Abatantuono e "La ribelle" di Aurelio Grimaldi al fianco di Stefano Dionisi. Oltre a numerose produzioni in patria - "Allegro ma non troppo" (1994), "Tutto è bugia" (1994), "Fra rosse" (1995), "Brujas" (1996), "La Celestina" (1996), "La niña dei tuoi sogni" (1998) - Penélope interpreta alcuni film in lingua inglese come "The man with rain in his shoes" e "The Hi-Lo Country" di Stephen Frears, di cui devolve l'intera paga al santuario dei bambini di Madre Teresa. L'anno successivo torna in Spagna per lavorare ancora con Pedro Almodovar (dopo "Carne trémula" del 1997) in "Tutto su mia madre", dove interpreta la dolce suor Rosa che resta incinta del travestito Lola, e con Bigas Luna in "Volavérunt". La sua carriera è però indirizzata verso le grandi produzioni statunitensi nei generi più disparati. Nel 2000 è la protagonista della commedia sentimentale "Per incanto o per delizia" nei panni di una cuoca brasiliana in fuga a San Francisco dopo una delusione sentimentale; lo stesso anno interpreta il secondo film da regista di Billy Bob Thornton, il western "Passione ribelle", accanto a Matt Damon. Nel 2001 è la volta del noir "Blow" tratto dalla biografia di George Jung (interpretato da Johnny Depp), re dei traffici di cocaina negli Stati Unti degli anni '70; sempre nel 2001 Penélope è al fianco di Nicholas Cage nel melodramma storico "Il mandolino del Captaino Corelli". Negli Stati Uniti incontra anche l'amore, intraprendendo una chiacchieratissima relazione sentimentale con Tom Cruise, terminata nel gennaio del 2004, conosciuto sul set del thriller "Vanilla sky" (2001), remake dell'iberico "Apri gli occhi" (1997), anch'esso interpretato dalla Cruz. Nel 2004 torna a lavorare anche in Italia nel film di Castellitto "Non ti muovere" che le vale il David di Donatello come miglior attrice.
Nello stesso anno è sugli schermi italiani con la pellicola natalizia "Un amore sotto l'albero" mentre nel 2005 arriva l'avventuroso "Sahara" in cui la diva spagnola è Eva Rojas, una dottoressa delle Nazioni Unite alle prese con un virus che, attraverso l'acqua, sta uccidendo decine di persone mietendo il panico in tutto il mondo. Protagonista insieme a Carmen Maura del film tutto al femminile "Volver" di Pedro Almodovar, si ritrova al 59esimo festival di Cannes a dividere con il resto del cast il premio per la migliore interpretazione femminile (al quale seguono le candidatura all'Oscar e al Golden Globe). Continua intanto il suo 'tiraemolla' con Matthew McConaughay con il quale è fidanzata da ormai qualche tempo.
Dopo aver interpretato la scafata pistolera di "Bandidas" in cui duetta con Salma Hayek, la Cruz recita in “The Good Night”, commedia diretta da Jake Paltrow (fratello di Gwyneth) e nel thriller “The Loop” con il compagno McConaughey.
Nel 2008, sotto la regia di Woody Allen, interpreta “Vicky Cristina Barcelona”, con il quale si guadagna la sua prima statuetta agli Academy Awards 2009, questa volta come miglior attrice non protagonista.