Née d'un père garagiste et d'une mère coiffeuse, Penélope Cruz commence à l'âge de cinq ans par apprendre la danse au Conservatoire National Espagnol. Adolescente, elle entame une carrière de mannequin, apparaît dans quelques clips, et fait quelques apparitions à la télévision espagnole. Repérée par le réalisateur espagnol José Juan Bigas Luna, elle se voit confier en 1992 son premier rôle au cinéma dans Jambon Jambon, face à celui qui deviendra des années plus tard son compagnon, Javier Bardem. Un rôle dénudé qui la révèle et lance sa carrière de comédienne.

Elle enchaîne dès lors les rôles dans des productions italiennes et espagnoles, dont un clip du groupe Mecano (La Fuerza Del Destino). À l'âge de 20 ans, elle s'installe à New York où elle étudie durant deux ans la danse classique et l'anglais. Mais la jeune comédienne n'oublie pas ses racines et ne compte alors pas faire carrière à Hollywood. En 1997, elle tourne avec deux réalisateurs espagnols majeurs : Alejandro Amenábar dans le tortueux Ouvre les yeux et Pedro Almodóvar dans En chair et en os. Avec ce dernier, elle entame une collaboration fructueuse longue de vingt-cinq ans.

Les propositions affluent alors, aussi bien dans son pays qu'à l'international. On la croise dans une adaptation de Don Juan (1998) par Jacques Weber, le drame romantique Talk of Angels avec Vincent Perez, ou encore le western The Hi-Lo Country de Stephen Frears. En 1999, elle retrouve Almodóvar pour Tout sur ma mère, Prix de la mise en scène à Cannes. Elle y campe une bonne soeur enceinte séropositive.

La décennie suivante lui ouvre définitivement la voie outre-Atlantique. Après la comédie culinaire Amour, piments et bossa nova (2000), elle fait craquer Matt Damon dans De si jolis chevaux puis Nicolas Cage et Christian Bale dans Capitaine Corelli. Elle partage également l'affiche avec Johnny Depp dans Blow, consacré au trafiquant de drogue George Jung. 

En 2001, l'actrice reprend le rôle qu'elle tenait dans Ouvre les yeux pour le remake américain Vanilla Sky. Elle fait la une des journaux people pour sa liaison avec son partenaire de jeu, Tom Cruise. Devenue une actrice internationale de premier plan, elle donne la réplique à Vincent Perez dans le film de cape et d'épée Fanfan la Tulipe (2003), à Halle Berry dans le thriller fantastique Gothika de Mathieu Kassovitz (2003), compose avec Charlize Theron un séduisant duo d'actrices dans Nous étions libres (2004), puis s'aventure avec Matthew McConaughey dans le désert du Sahara (2005) et forme un duo explosif avec Salma Hayek dans la comédie d'aventure Bandidas. 

Si elle enchaîne les projets, c'est dans son Espagne natale qu'elle a la possibilité de s'illustrer dans un registre intimiste et de montrer l'étendue de son jeu. Ainsi, elle retrouve Almodóvar en 2006 pour Volver. Comme à son habitude, le cinéaste célèbre les femmes dans cette comédie dramatique haute en couleur. Le jury du Festival de Cannes attribue d'ailleurs au film un prix d'interprétation féminine collectif. Penélope Cruz accède grâce à son rôle de matriarche une véritable reconnaissance critique : elle est nommée aux Golden Globes, aux BAFTA et aux Oscars. 

La consécration se poursuit en 2008 avec Vicky Cristina Barcelona, triangle amoureux signé Woody Allen où elle donne la réplique à Scarlett Johansson et son compatriote, devenu son mari, Javier Bardem. Une prestation qui lui vaut l'Oscar du Meilleur second rôle féminin. Elle retrouvera le cinéaste new-yorkais controversé dans le chassé-croisé amoureux To Rome with Love (2012).

Fraîchement récompensée, la star internationale, icône du cinéma espagnol, retrouve pour la quatrième fois avec les Etreintes brisées (2009) son cinéaste fétiche et ami, Pedro Almodóvar, qui l'entraîne dans une histoire d'amour fou, dominée par la fatalité, la jalousie et la trahison. En 2010, elle côtoie deux acteurs oscarisés, Daniel Day-Lewis et Adrien Brody. Le premier dans la comédie musicale Nine, où elle incarne sa maîtresse, et le second dans Manolete, qui retrace la vie du célèbre matador Manuel Rodríguez Sánchez.

Elle rejoint en 2011 la franchise Pirates des Caraïbes. Dans le quatrième épisode de la saga, La Fontaine de jouvence, elle est la fille du pirate Barbe Noire. Prolifique et éclectique, elle se montre aussi à l'aise dans des comédies (Sex and the City 2, Les amants passagers, Zoolander 2, Grimsby : Agent trop spécial) que des drames intimistes (Venir au monde, Ma ma). Elle partage en 2017 l'affiche d'Escobar avec son compagnon Javier Bardem, qui relate la véritable histoire d'amour entre une journaliste et le célèbre baron de la drogue.

En 2018, alors qu'elle est très rare à la télévision, elle est au générique de la saison 2 d'American Crime Story, qui revient sur le meurtre du célèbre couturier Gianni Versace. Affublée d'une perruque blonde, l'actrice prête ses traits à la styliste Donatella Versace. Son interprétation lui vaut d'être nommée aux Golden Globes et aux Emmy Awards. 

Dans un registre moins excentrique, elle tourne pour la première fois sous la direction de l'Iranien Asghar Farhadi dans Everybody Knows, et joue la mère fictive d'Almodóvar dans l'autofiction Douleur et Gloire. Ce dernier retrouve sa muse en 2021 et lui confie le rôle principal de Madres Paralelas. Elle y joue une photographe dont la grossesse est liée à celle d'une jeune fille de 17 ans. Penélope Cruz décroche, douze ans après Nine, sa quatrième nomination aux Oscars.

Emilie Schneider