Comenzó su carrera como actor con una breve aparición en un episodio dirigido por su padre Leo Penn en la serie televisiva Little House on the Prairie (1974).
En 1981 y habiendo realizado previamente para telefilmes algunos papeles, debutaría en el cine con la película Taps, más allá del honor (1981).
Volvería a ser nominado al Óscar dos veces más por sus papeles protagonistas en la comedia dramática de Woody Allen, Sweet and lowdown (1999) y en el drama I am Sam (2001).
Sus abuelos paternos eran emigrantes judíos de Lituania y Rusia, mientras que su madre es católica con ascendencia italiana e irlandesa.
Sean Penn fue educado en la laicidad y asistió a la Santa Monica High School.
[3] En 1981, debutaría en el cine interpretando a un cadete en la academia militar en la película Taps, más allá del honor de Harold Becker junto a George C. Scott, Timothy Hutton, Ronny Cox y un también novato Tom Cruise no sin antes haber participado en dos telefilmes, Hellinger's Law dirigido por su padre y La muerte de Randy Webster de Sam Wanamaker, y en un cortometraje llamado The Beaver Kid 2 del director independiente Trent Harris.
[5] En 1983, interpretó a Mick O'Brien, un joven pandillero que tiene problemas con la justicia, en el drama Bad Boys de Rick Rosenthal.
Además, realizó un cameo en la comedia dramática protagonizada por Tom Cruise, Risky Business de Paul Brickman, como también un breve papel en Summerspell.
También obtuvo un papel protagonista con Elizabeth McGovern y Nicolas Cage en Racing with the Moon de Richard Benjamin.
[12] En 2003, ganó el premio Óscar al mejor actor por su actuación el año anterior en la película Mystic River.
Aunque es cierto que tuvimos más de una discusión acalorada durante nuestro matrimonio, Sean jamás me ha pegado, atado o abusado físicamente de mí, y cualquier información que diga lo contrario es totalmente falsa, indignante, maliciosa y temeraria".
En 1996 contrajo matrimonio con Robin Wright, con quien tuvo dos hijos, Dylan Frances (1991) y Hopper Jack (1993).