Penny é a primeira e principal protagonista feminina do programa. Ela mora no apartamento 4B, em frente ao apartamento de Leonard e Sheldon, que moram no apartamento 4A. O seu nome provavelmente é "Penelope", implícito em The Barbarian Sublimation, e seu sobrenome ainda não foi revelado, mas com o seu noivado recente, ela deve adotar o sobrenome de Leonard quando eles se casarem. Por um tempo, o seu sobrenome era Johnson, quando não sabia que estava casada com o ex-namorado Zack Johnson.
Penny nasceu em uma fazendo em Omaha, Nebraska, e é uma aspirante a atriz, embora a sua carreira não seja bem-sucedida. Ela trabalhava na The Cheesecake Factory como garçonete, mas pediu demissão em "The Occupation Recalibration (7ª temporada, 13º episódio) para se dedicar a carreira de atriz em tempo integral. Penny era a protagonista feminina oficial antes de Bernadette Rostenkowski-Wolowitz and Amy Farrah Fowler.
Penny sempre foi o interesse amoroso de Leonard desde o primeiro episódio. Os dois tiveram um encontro romântico no primeiro episódio da segunda temporada, namoraram pela maior parte da terceira temporada e recomeçaram o namoro em The Recombination Hypothesis. No episódio The Gorilla Dissolution, Penny and Leonard ficaram noivos.
Embora ela seja considerada parte do grupo dos meninos, ela representa a "loira burra", já no contexto da série, ela tem a esperteza e as habilidades comunicativas para compensar pela sua falta de conhecimento acadêmico.