Sean Justin Penn lahir di Los Angeles, California, dari ibu aktor Eileen Ryan dan ayah sutradara serta aktor Leo Penn. Ia memiliki saudara laki-laki bernama Chris Penn. Keluarganya berasal dari keturunan Yahudi Lithuania/Rusia dan Italia-Irlandia. Sejak muda, Sean menunjukkan bakat akting dengan memerankan tokoh-tokoh keras dan pemberontak dalam film seperti Taps (1981) dan Fast Times at Ridgemont High (1982).

Keseriusannya dalam dunia akting mulai terlihat saat ia tampil bersama Timothy Hutton dalam The Falcon and the Snowman (1985) dan bekerja sama dengan Christopher Walken di At Close Range (1986). Ia juga pernah bermain bersama Madonna dalam Shanghai Surprise yang mendapatkan kritik pedas.

Puncak karirnya di 1990-an, dengan penampilan memukau sebagai pengacara korup di Carlito's Way (1993) dan sebagai tahanan di Dead Man Walking (1995), yang memberinya nominasi Oscar pertamanya. Ia juga dikenal melalui peran di The Game (1997), The Thin Red Line (1998), dan Sweet and Lowdown (1999), menunjukkan fleksibilitasnya sebagai aktor.

Sebagai sutradara, Penn memulai dengan The Indian Runner (1991) dan The Crossing Guard (1995), yang mendapat sambutan positif. Memasuki abad ke-21, ia mendapatkan penghargaan Oscar sebagai Best Actor lewat perannya dalam Mystic River (2003), sekaligus terus aktif di dunia perfilman sebagai aktor dan sutradara.

Sean Penn dikenal sebagai figur kontroversial dan progresif, dihormati karena keberanian dan bakatnya dalam dunia seni peran, sekaligus menjadi pusat perhatian media karena kehidupan pribadinya yang penuh dinamika.