Sean Penn aktris Eileen Ryan ve yönetmen Leo Penn'in ikinci oğludur. Santa Monica'da yetişen Penn, usta aktör Martin Sheen'in oğulları Charlie Sheen ve Emilio Estevez ile aynı mahallede yaşıyordu. Penn'in büyük ağabeyi Michael bir şarkıcı/söz yazarıydı ve daha sonra yönetmenliğe atılmıştı. Böylece, Sean Penn çocukluğunu Super-8 kameralarla çeşitli kısa filmler çekerek geçirdi. Asıl isteği hukuk bölümüne girmekti ancak kararını değiştirerek Los Angeles Repertory Theater'a başvurdu. Profesyonel olarak ilk performansını "Barnaby Jones" isimli dizide verdi. New York'a yerleşti ve burada bir tiyatroda oyunculuk yaptı. 1982 yılında "Fast Times at Ridgemont High" filminde Jeff Spicoli karakteriyle üne kavuştu. 1983 yapımı hapishane-draması "Bad Boys"da yine benzer bir karakteri canlandırdı. Gişede pek başarılı olmayan bu filmler eleştirmenlerin dikkatini Sean Penn üzerinde yoğunlaştırmaya yetti. John Schlesinger'ın 1985'de kotardığı politik-drama "The Falcon and the Snowman"da canlandırdığı uyuşturucu-müptelası devlet ajanı rolüyle çok tutuldu. Bu arada Madonna ile tanıştı ve çalkantılı ilişkileri böylece başlamış oldu. Medyayla ilişkisi pek de iyi olmayan bu asi oyuncu böylece kısa sürede "Hollywood'un kötü çocuğu" ilan edildi ve aldığı hapis cezaları, yarattığı olaylar ve medya mensuplarına davranış biçimiyle kısa sürede oyunculuğunu dahi aşan bir üne kavuştu. 1987 yapımı "Shanghai Surprise" gişede başarısızlığa uğrayınca çiftin ilişkisi de sona erdi. Bir yıl sonra "Colors" filmiyle oyunculuk yeteneğini sergiledi ve bu film o zamana kadarki en iyi işini ortaya koydu. Brian DePalma'nın Vietnam öyküsü "Casulties of War" ve Robert De Niro'lu komedi "We're No Angels", Sean Penn'in Hollywood'un en zeki ve yetenekli oyuncularından birisi olduğunu kanıtladı. 1991 yılında yazıp/yönettiği "The Indian Runner"ı John Cassavates'in filmlerini andıran bir görsellik üzerine inşa etti. Kendisini yönetmenliğe iyice adayabilmek için oyunculuğu bıraktığını açıkladı ve Jack Nicholson'lu "The Crossing Guard" filmini yönetti. Tim Robbins'in idam-karşıtı "Dead Man Walking"inde canlandırdığı idam-mahkumu karakteriyle büyük övgü toplayan Penn böylece oyunculuktan emekli olmak ne kelime; oyunculuğa iyice ağırlık verdi ve Nick Cassavetes'in "She's So Lovely", David Fincher'ın "The Game", Oliver Stone'un "U-Turn" ve Terrence Malick'in "The Thin Red Line" filmlerinde her birisi unutulmaz performanslar sergiledi.