Шон Пенн родился 17 августа 1960 года в городе Санта-Моника (штат Калифорния) в семье режиссёра Лео Пенна и актрисы Айлин Райан. Родители его отца Лео (Леонарда) З. Пенна (1921—1998) иммигрировали в Соединённые Штаты из Литвы. В школе Пенн учился с Эмилио Эстевесом, Чарли Шином и Робом Лоу, которые впоследствии стали актёрами. Его младший брат, Крис Пенн, тоже стал актёром.

В 19 лет Пенн переезжает в Нью-Йорк. Свою кинокарьеру начал со съёмок в телесериалах. Впервые снялся в кино в 1981 году в картине «Отбой» (Taps), где вместе с ним играли Том Круз и Тимоти Хаттон. Получил известность после исполнения роли в комедии «Беспечные времена в колледже Риджмонт» (Fast Times at Ridgemont High, 1982). Ещё большую популярность он приобрёл, сыграв роли в фильмах «Плохие мальчишки» (Bad Boys, 1983) и «Сокол и снежный человек» (The Falcon and the Snowman, 1985).

В 1985 году внимание СМИ привлекла его женитьба на поп-певице Мадонне. С нею он сыграл в «Шанхайском сюрпризе», который считается одним из его самых неудачных фильмов. В 1989 году их брак распался.

В 1991 году Пенн дебютировал как режиссёр, поставив по собственному сценарию фильм «Бегущий индеец». В 1995 году он сыграл в драме Тима Роббинса «Мертвец идёт» со Сьюзан Сарандон, за роль в которой получил номинацию на «Оскар». Другим фильмом, где он выступил как режиссёр стал «Постовой на перекрёстке» с Джеком Николсоном в главной роли.

В 1996 году Пенн женился на актрисе Робин Райт, с которой познакомился во время съёмок фильма «Состояние исступления» (1990). В 1997 году он играет в фильмах «Поворот» Оливера Стоуна и Дэвида Финчера «Игра».

В 1997 году Пенн получил премию как лучший актёр на Каннском кинофестивале за роль в фильме Ника Кассаветеса «Она прекрасна». С ним играли его жена, Робин Райт, и Джон Траволта. В 1999 году Пенн получил вторую номинацию на «Оскар» за роль в фильме Вуди Аллена «Сладкий и гадкий».

18 октября 2002 года Пенн заплатил 56 000 долларов за публикацию открытого письма к Джорджу Бушу в газете The Washington Post. В письме, опубликованном на правах рекламы, Пенн подверг критике американскую политику в отношении Ирака. В декабре 2002 года Пенн посетил Ирак. В ходе трёхдневного визита он посетил госпиталь Багдада, где находятся дети — жертвы американских санкций против Ирака, встретился с вице-премьером Тариком Азизом и министром здравоохранения.

В июне 2005 года Пенн посетил Иран в качестве корреспондента газеты «Сан-Франциско кроникл» (San Francisco Chronicle), где встретился с иранскими деятелями культуры в Музее кинематографии Тегерана. Пенн подготовил репортаж о ходе президентских выборов и иранской ядерной программе, посетил мечеть и Тегеранский университет, встретился с сыном бывшего президента Ирана Али Акбара Хашеми Рафсанджани.

В сентябре 2005 года Пенн лично участвовал в оказании помощи жертвам урагана «Катрина» в Новом Орлеане.

В 2006 году получил приз Венецианского кинофестиваля Кубок Вольпи за лучшую мужскую роль за роль в фильме «21 грамм».

Фильмография50. Лежащий стрелок Prone Gunman ... Martin Terrier

49. Тайная жизнь Уолтера Митти (2013) The Secret Life of Walter Mitty ... слухи

48. Охотники на гангстеров (2013) Gangster Squad ... Mickey Cohen

47. Где бы ты ни был (2011) This Must Be the Place ... Cheyenne

46. Древо жизни (2010) The Tree of Life ... Jack

45. Игра без правил (2010) Fair Game ... Joe Wilson

44. Харви Милк (2008) Milk ... Harvey Milk

43. Однажды в Голливуде (2008) What Just Happened ... Sean Penn

42. Персиполис (2007) Persepolis ... Mr. Satrapi - Marjane's father, озвучка, английская версия

41. Вся королевская рать (2006) All the King's Men ... Willie Stark

40. Переводчица (2005) The Interpreter ... Tobin Keller

39. Убить президента. Покушение на Ричарда Никсона (2004) The Assassination of Richard Nixon ... Samuel J. Bicke

38. 21 грамм (2003) 21 Grams ... Paul Rivers

37. Таинственная река (2003) Mystic River ... Jimmy Markum

36. Покойный Генри Мосс (2003) This So-Called Disaster: Sam Shepard Directs the Late Henry Moss ... играет самого себя / Ray

35. Всё о любви (2002) It's All About Love ... Marciello

34. Я – Сэм (2001) I Am Sam ... Sam Dawson

33. Вес воды (2000) The Weight of Water ... Thomas Janes

32. Пока не наступит ночь (2000) Before Night Falls ... Cuco Sanchez

31. На вилле (2000) Up at the Villa ... Rowley Flint

30. Сладкий и гадкий (1999) Sweet and Lowdown ... Emmet Ray

29. Тонкая красная линия (1998) The Thin Red Line ... 1st Sgt. Edward Welsh

28. Переполох (1998) Hurlyburly ... Eddie

27. Компания Хьюго (1997) Hugo Pool ... Strange Hitchhiker

26. Игра (1997) The Game ... Conrad Van Orton

25. Поворот (1997) U Turn ... Bobby Cooper

24. Боль любви (1997) Loved ... Man on the Hill, (Michael)

23. Она прекрасна (1997) She's So Lovely ... Eddie Quinn

22. Мертвец идет (1995) Dead Man Walking ... Matthew Poncelet

21. Друзья (сериал, 1994 – 2004) Friends ... Eric

20. Путь Карлито (1993) Carlito's Way ... David Kleinfeld

19. Круиз Контрол (1992) Cruise Control ... Jeffrey- короткометражка

18. Состояние исступления (1990) State of Grace ... Terry Noonan

17. Мы не ангелы (1989) We're No Angels ... Jim

16. Военные потери (1989) Casualties of War ... Sgt. Tony Meserve

15. Суд в Берлине (1988) Judgment in Berlin ... Guenther X

14. Цвета (1988) Colors ... Officer Danny McGavin

13. Дорогая Америка: Письма домой из Вьетнама (ТВ, 1987) Dear America: Letters Home from Vietnam ... озвучка

12. Шанхайский сюрприз (1986) Shanghai Surprise ... Glendon Wasey

11. В упор (1986) At Close Range ... Brad Whitewood Jr.

10. Агенты Сокол и Снеговик (1984) The Falcon and the Snowman ... Daulton Lee

9. Наперегонки с луной (1984) Racing with the Moon ... Henry 'Hopper' Nash, Lou

8. Летний период (1983) Summerspell ... Buddy

7. Взломщики (1983) Crackers ... Dillard

6. Плохие мальчики (1983) Bad Boys ... Mick O'Brien

5. Беспечные времена в «Риджмонт Хай» (1982) Fast Times at Ridgemont High ... Jeff Spicoli

4. Отбой (1981) Taps ... Alex Dwyer

3. Убить Рэнди Уэбстера (ТВ, 1981) The Killing of Randy Webster ... Don Fremont

2. Закон Хеллинджера (ТВ, 1981) Hellinger's Law ... Bit Part

1. Барнаби Джонс (сериал, 1973 – 1980) Barnaby Jones ... Sam