Dejó los estudios en segundo de BUP y cursó tres años de Arte Dramático en la Escuela de Cristina Rota. Participó también en un curso de cine impartido por Antonio Saura.

Entre sus primeros éxitos destaca su actuación en el videoclip del grupo musical Mecano, 'La fuerza del destino'.

Se presentó a las pruebas que convoca anualmente Katrina Bayonas, para formar su grupo 'Caras nuevas', y fue seleccionada entre 300 aspirantes.

A los 15 años debutó como actriz en 'Ella y él', un capítulo dirigido por Jaime Chávarri para la serie de televisión 'Serie rosa', y en 'Crónicas urbanas', dirigida por Ricardo Palacios también para televisión.

Poco después presentó durante tres meses el programa 'La quinta marcha' en Tele 5.

En 1992 trabajó en 'El laberinto griego', de Rafael Alcázar, una película de género policíaco basada en un guión de Rafael Alcázar y el escritor Manuel Vázquez Montalbán. Narra la historia de una joven que contrata a un detective privado para que localice a su ex marido, que es un artista griego.

Bajo la dirección de Bigas Luna, protagonizó 'Jamón, jamón' (1992), donde interpreta a Silvia, una adolescente sin ningún tipo de prejuicios convertida en apetitoso objeto de pasiones cruzadas.

Su negativa a desnudarse en pantalla la llevó a rechazar una película en Italia, 'La escalera apoyada en la Luna', para la que practicó varios meses de piano.

Fue la novia de Timothy Dalton en una serie de la televisión inglesa, 'Framed', con la que inició su periplo internacional.

Uno de sus grandes éxitos como actriz le llegó de la mano de Fernando Trueba con la película 'Belle époque' (1992). Este filme fue galardonado, entre otros premios, con nueve estatuillas en los premios Goya en marzo de 1993 y con el Oscar a la mejor película de habla no inglesa en marzo de 1994.

En 1993 rodó en Italia 'La rebelde', dirigida por Aurelio Grimaldi y coprotagonizada junto a Marco Leonardi. Su personaje es el de una chica siciliana, de clase humilde, que se dedica a robar con su hermana. Un día las pillan y van a parar a un reformatorio, del que se escapa en cuanto puede.

Ese mismo año hizo su segundo trabajo para el cine italiano en 'Per amore e sole per amore' (1993), una producción de Dino de Laurentis dirigida por Giovanni Veronesse.

En abril de 1994 se estrenó la comedia 'Alegre ma non troppo', película dirigida por Fernando Colomo y en la que es protagonista con Pere Ponce.

Tras el estreno de la película de Fernando Colomo rodará bajo la dirección de Alvaro Fernández Armero su primer largometraje del director, titulado 'Todo es mentira'. En marzo de 1993 fue distinguida su labor en la película 'Belle Epoque' con el premio a la mejor actriz, otorgado por la Unión de Actores.

Al año siguiente protagonizó 'Entre rojas' (1994) de la directora Azucena Rodríguez y en la que también intervinieron Pilar Bardem y Ana Torrent. En 1995 dio vida a Melibea en 'La Celestina' del director Gerardo Vera y en la que participó Juan Diego Botto en el papel de Calixto.

En 1996 trabajó en 'El amor perjudica seriamente la salud' de Manuel Gómez Pereira, junto a Ana Belén, Gabino Diego y Juanjo Puigcorbé.

En 1997 realizó varios trabajos, rodó a las órdenes de la directora catalana, María Ripoll, la comedia romántica 'Lluvia en los zapatos', que fue la opera prima de la directora.

También participó en la coproducción española, francesa y alemana, 'Don Juan' basada en la novela del mismo título de Moliere y en la que también trabajaba la actriz Ariadna Gil.

Debutó con Pedro Almodóvar en su película 'Carne Trémula' y rodó 'Abre los ojos' a las órdenes del joven cineasta Alejandro Amenábar.

En 1998 participa en 'Todo sobre mi madre' bajo la dirección de Pedro Almodóvar; en 'Pasiones rotas' del británico Nick Hamm; y en 'La niña de mis ojos' de Fernando Trueba.

Por su trabajo en esta última película, recibió el premio Goya a la Mejor Interpretación Femenina Protagonista, en la edición celebrada el 23 de enero de 1999.

El 19 de enero de 1999 fue también galardonada en la VII edición de los Premios Unión de Actores-1998, en el apartado de cine.

Al día siguiente, comenzó el rodaje en Madrid de 'Volaverunt' de Bigas Luna, donde hace el papel de Margarita Tudo, 'La maja desnuda' que pintó Goya, interpretado por el actor cubano Jorge Perugorría.

Penélope Cruz irrumpió en Hollywood con 'Woman on top', a la que han seguido títulos como 'Todos los caballos bellos', donde interpreta a una ranchera mexicana, 'La mandolina del capitán Corelli', en la que da vida a una joven griega, y 'Blow', donde encarna a una colombiana envuelta en el narcotráfico.

Pendiente de estreno en nuestro país está 'Vanilla Sky', el 'remake' del filme de Amenábar 'Abre los ojos', y en cuyo rodaje conoció a Tom Cruise.