Reconocido con el Oscar, se ha convertido en todo un icono cinematográfico de EE.UU. a lo largo de una carrera que se ha desarrollado tan sólo en dos décadas. Ha sido nominado en cuatro ocasiones a los Oscar como mejor actor: En Pena de muerte (Dead Man Walking, 1995); Acordes y desacuerdos (Sweet and Lowdown, 1999); y Yo soy Sam (I Am Sam, 2001); y más recientemente, logrando finalmente el Oscar, en 2003, por su punzante interpretación en Mystic River (Mystic River, 2003), de Clint Eastwood.
Penn debutó como actor cinematográfico en 1981 con Taps, más allá del honor (Taps, 1981), de Harold Becker. En 1982, abriéndose paso en la historia de la cultura popular, protagonizó el papel de "Jeff Spicoli" en Aquel excitante curso (Fast Times at Ridgemont High, 1982), de Amy Heckerling.
Penn ha intervenido en casi treinta largometrajes, entre ellos, El juego del halcón (The Falcon and the Snowman, 1985); Hombres frente a frente (At Close Range, 1986); Colores de guerra (Colors, 1988); Corazones de hierro (Casualties of War, 1989); Nunca fuimos ángeles (We’re No Angels, 1989); El clan de los irlandeses (State of Grace, 1990); Atrapado por su pasado (Carlito’s Way, 1993); Giro al infierno (U-Turn, 1997); La delgada línea roja (The Thin Red Line, 1998); Pena de muerte (Dead Man Walking, 1995) (Mejor actor / 1995. Festival de cine de Berlín); Atrapada entre dos hombres (She’s So Lovely, 1997) (Mejor actor / 1997. Festival de cine de Cannes); Descontrol (Hurlyburly, 1998), (Mejor actor / 1998. Festival de cine de Venecia); y 21 gramos (21 Grams, 2003), (Mejor actor / 2003. Festival de Venecia).
El debut de Penn como director cinematográfico fue con Extraño vínculo de sangre (The Indian Runner, 1991), que también escribió y produjo. En 1995, dirigió, y asimismo escribió el guión y produjo Cruzando la oscuridad (The Crossing Guard, 1995). La película contiene unas interpretaciones muy reconocidas de Jack Nicholson, David Morse, Anjelica Huston y Robin Wright Penn. Su tercer largometraje como director / productor fue El juramento (The Pledge, 2001), nuevamente con Nicholson y Wright Penn, título que resultó considerado entre los Diez primeros de 2001 por el National Board of Review.
Desde entonces, Penn ha escrito y dirigido la contribución de EE.UU. al film documental 11’ 09” 01. 11 de septiembre (11.09.01., 2002). Este importante título reunió a once directores célebres de todo el globo dispuestos a la realización de cortometrajes que respondieran a los hechos horrorosos del 11 de septiembre de 2001. En 2003, la película resultó nominada para los César franceses en la categoría de mejor film de la Unión europea, y recibió un reconocimiento especial de la National Board of Review.
Penn ha aparecido en la escena en producciones como Girl On The Via Flaminia, de Alfred Hayes, y en Earthworms In Los Angeles, de Albert Innaurato. En Broadway, el actor ha intervenido en Heartland, de Kevin Heelan, y en Slab Boys, de John Byrne. Ha aparecido en HurlyBurly, de David Rabe, en el Westwood Playhouse, y en Goose And Tom Tom, en el Lincoln Center, producciones ambas dirigidas por el autor. No hace mucho, Penn protagonizó junto a Nick Nolte y Woody Harrelson, The Late Henry Moss, escrita y dirigida por el autor Sam Shepard, ganador del Pulitzer.
En 2002, Sean Penn recibió el premio Modern Master en el Festival Internacional de cine de Santa Bárbara. En 2003, fue el actor más joven que haya recibido el Premio Donosita a toda una vida dedicada al cine en el Festival de cine de San Sebastián
Los últimos largometrajes estrenados del actor son La intérprete (The Interpreter, 2005), junto a Nicole Kidman, bajo dirección de Sydney Pollack; y All the King’s Men (2006), de Steven Zaillian, junto a Jude Law y Meryl Streep.
