Chris Penn színészi pályafutását a Francis Ford Coppola rendezte Rablóhal-ban kezdte még 1983-ban, majd a Lőtávolban című filmben testvérével, Sean Penn-nel játszott együtt.

A leghíresebb általa megformált karakter kétségkívül Quentin Tarantino Kutyaszorító-jának Eddie Cabot-ja volt, ezután Robert Altman Rövidre vágva című nagyvárosi tablójában alakított emlékezeteset. 2000-ben a Stewart Sugg által készített Kiss Kiss Bang Bang-ben, a közelmúltban pedig a Starsky és Hutch moziváltozatában tűnt fel.

Legújabb filmjét, a The Darwin Awards-ot az éppen zajló Sundance Fesztiválon mutatják be.