Urodził się w 1933 r. Jego babka była Ormianką, dziadek Niemcem i człowiekiem szalenie systematycznym. Penderecki przyznaje, że swoje poczucie formy zawdzięcza właśnie jemu. Jako dziecko nie przejawiał podobno żadnych niezwykłych zdolności, a muzyką poważną zainteresował się dość przypadkowo. Gdy miał 15 lat, szkolna koleżanka podarowała mu na imieniny sonaty solowe Bacha.
Studia kompozytorskie rozpoczął w Krakowie w 1954 r. Kończył je ze świadomością, że nie dały mu one zbyt wiele. Twórcze początki były trudne, bo nie miał warunków do pisania. Komponował w Jamie Michalika i nawet wymyślił specjalny zapis, aby partytura mieściła się na kawiarnianym stoliku. Rozgłos i opinie o jego talencie pojawiły się nagle w 1959 r., gdy Penderecki postanowił wziąć udział w II Konkursie Młodych Kompozytorów. Miał trzy gotowe utwory i wysłał je trzema osobnymi przesyłkami, opatrzonymi różnymi godłami. Zdobył pierwszą i dwie równorzędne drugie nagrody, co wywołało sensację. Dzięki temu sukcesowi mógł po raz pierwszy wyjechać na Zachód.
W końcu lat 50. oraz w latach 60. stanął Penderecki w rzędzie najwybitniejszych twórców awangardy. Mimo że swoją muzyką szokował, jego muzyczne eksperymenty słuchacze przyjmowali entuzjastycznie. Na szczyty wyniosła go półtoragodzinna Pasja według św. Łukasza (1965). Po niej kompozytor odszedł od założeń awangardy i zaczął nawiązywać do tradycji postromantycznej. Dziś, zdaniem krytyków, oferuje współczesność oswojoną, odwołującą się do tradycyjnych przyzwyczajeń estetycznych.
W 1965 r. ożenił się po raz drugi. Znacznie młodsza od niego żona Elżbieta, krakowianka, studiowała fizykę na Uniwersytecie Jagiellońskim. Jak mówi, ich pierwsze wspólne mieszkanie na trzecim piętrze domu w Dębicy zmieściłoby się w salonie dworku, w którym mieszkają dzisiaj.