Chris Penn debutó como actor a los dieciséis años, en el clásico film de Francis Ford Coppola La ley de la calle (1983). Desde entonces, su exitosa carrera cinematográfica ha incluido papeles en más de cincuenta películas, una serie de televisión y numerosos papeles de actor invitado en televisión.

En la década de los ochenta, Penn apareció con el actor-director Clint Eastwood en el Western El jinete pálido. Compartió cartel con Tom Cruise en la película La clave del éxito, sobre jugadores de fútbol americano en la universidad, y junto a su hermano Sean Penn, y a su madre Eileen Ryan, en la película Hombres frente a frente.

Habitual de la televisión, Penn demostró su versatilidad como actor en 2003 como una de las estrellas de la serie de David E. Kelley The Brotherhood of Poland, New Hampshire para la CBS. Sigue trabajando en televisión y recientemente ha aparecido como estrella invitada en series líderes de audiencia como CSI Miami, Will y Grace y Law & Order: Criminal Intent.