Originaria de Melbourne, Australia, Penelope Mitchell nació el 15 de agosto de 1991 en el seno de una familia de actores franceses, que le instruyeron las bases de la actuación, no sin antes adentrarse en el ballet a los cuatro años, pero tiempo después pondría en pausa sus sueños de convertirse en actriz para formarse como abogada en la Universidad de Melbourne. No obstante, en esta etapa de su vida descubrió que tenía el talento suficiente para escribir y actuar, gracias a sus participaciones en obras escolares. Este fue el factor principal de Penelope para perseguir una licenciatura en Arte y Medios de Comunicación, retomando de esta manera su objetivo de profesionalizarse como actriz.

Posterior a su graduación, incursionó en producciones independientes que la llevaron a debutar en el 2012 en el filme ‘6 Plots’ y un año después en ‘The Joe Manifesto’. Gracias a sus notables interpretaciones en estas cintas, alcanzó la fama al protagonizar las series ‘Hemlock Grove’ y ‘The Vampire Diaries’, en los roles de Letha Godfrey y Liv Parker, respectivamente, siendo estos sus personajes más destacados.

Entre sus otros trabajos podemos encontrarla en ‘Hellboy’ (2019), ‘Star Trek: Picard’, ‘R.I.P.D. 2: Rise of the Damned’, ‘Sting: Araña asesina’ y ‘Oh Canada’.