Penny Marshall, lahir dengan nama lengkap Carole Penny Marshall, pada 15 Oktober 1943 di Manhattan. Ia merupakan putri dari Marjorie, guru tap dance, dan Anthony "Tony" Marshall, sutradara film industri. Ia memiliki saudara laki-laki Garry Marshall dan Ronny Hallin yang juga pembuat film. Ayahnya keturunan Italia yang asli, sementara ibunya berdarah Jerman, Skotlandia, Inggris, dan Irlandia.

Sebagai anak, Penny dikenal sebagai "yang nakal" karena suka berjalan di tepi gedung apartemen keluarga dan suka menyelinap ke bioskop saat kecil. Ia juga pernah berpacaran dengan seseorang bernama "Lefty." Ia bersekolah di sekolah swasta di New York, lalu melanjutkan studi di University of New Mexico selama dua setengah tahun, di mana ia hamil dan menikahi ayah anaknya, Michael Henry, pada 1961. Mereka bercerai dua tahun kemudian.

Setelah itu, Penny bekerja sebagai sekretaris dan memulai karier akting dari peran kecil yang diproduksi oleh kakaknya, Garry Marshall, dalam film "How Sweet It Is!" (1968). Ia juga pernah tampil dalam iklan dandruff bersama Farrah Fawcett, yang menambah rasa tidak percaya dirinya terhadap penampilannya. Ia kemudian menikah dengan Rob Reiner pada 1971 dan mendapatkan peran penting sebagai sekretaris Oscar Madison di "The Odd Couple" (1970).

Kemudian, Penny muncul sebagai tetangga Mary Richards di serial televisi "Mary Tyler Moore" dan mendapatkan ketenaran besar sebagai karakter Laverne DeFazio di serial "Laverne & Shirley" (1976), yang merupakan spin-off dari "Happy Days." Ia bekerja sama dengan Cindy Williams, yang juga teman dan mantan pacar Henry Winkler, dalam proyek tersebut. Keduanya menunjukkan chemistry yang luar biasa, sehingga serial ini sukses dan menjadi ikon budaya pop.

Penny dan Rob Reiner bercerai pada 1980, dan serial "Laverne & Shirley" berakhir tiga tahun kemudian. Setelah itu, Penny mulai berkarier sebagai sutradara, mengarahkan film-film seperti "Jumpin' Jack Flash" (1986), "Big" (1988), dan "A League of Their Own" (1992). Ia juga dikenal sebagai sahabat dekat Carrie Fisher dan menjadi wali baptis bagi anak Carrie, Billie. Penny meninggal dunia di Los Angeles pada usia 75 tahun.