Urodził się 23 listopada 1933 w Dębicy. Studiował kompozycję u F. Skołyszewskiego, a następnie w PWSM w Krakowie u A. Malawskiego i S. Wiechowicza.
Jest laureatem wielu nagród artystycznych krajowych i zagranicznych, w tym m.in.: I, II, i III nagrody na II Konkursie Młodych Kompozytorów ZKP (1959), Nagrody Państwowej I st. (1968, 1983), Nagrody Związku Kompozytorów Polskich (1970), Nagrody im. Herdera (1977), Nagrody im. Honeggera (1978), Nagrody im. Sibeliusa (1983), Premio Lorenzo Magnifico (1985), Nagrody Fundacji im. Karla Wolfa (1987), Grammy Award (1998, 1999, 2001), Grawemeyer Music Award (1992), Nagrody Międzynarodowej Rady Muzycznej UNESCO (1993), nagrody Best Living World Composer (2000), Nagrody Księcia Asturii (2001).
Krzysztof Penderecki jest doktorem honoris causa kilkudziesięciu uniwersytetów, m.in. w Rochester, Bordeaux, Leuven, Waszyngtonie, Belgradzie, Madrycie, Poznaniu, Warszawie, Buenos Aires, Glasgow, Münster, Seulu, Krakowie i członkiem honorowym Royal Academy of Music w Londynie, Accademia Nazionale di Santa Cecilia w Rzymie, Kungl. Musikaliska Akademien w Sztokholmie, Akademie der Künste w Berlinie, Academia National de Bellas Artes w Buenos Aires, Académie Internationale de Philosophie et de l’Art w Bernie, Académie Nationale des Sciences, Belles-lettres et Arts w Bordeaux, Royal Irish Academy of Music w Dublinie, American Academy of Arts and Letters. Posiada wysokie odznaczenia państwowe i zagraniczne.
W latach 1973-1978 wykładał w Yale University w New Haven, w latach 1972-1987 był rektorem Akademii Muzycznej w Krakowie, w latach 1987-1990 dyrektorem artystycznym Filharmonii Krakowskiej. Jest pierwszym gościnnym dyrygentem Norddeutscher Rundfunk Orchester w Hamburgu i Mitteldeutscher Rundfunk Sinfonie Orchester w Lipsku. Od 1992 roku pełni funkcję dyrektora artystycznego Festiwalu Casalsa w San Juan (Puerto Rico). W 1997 roku został dyrektorem artystycznym orkiestry Sinfonia Varsovia. Od 1998 roku jest doradcą Beijing Music Festival w Pekinie, a od 2000 – gościnnym dyrygentem China Philharmonic Orchestra.
Prowadzi koncerty z czołowymi orkiestrami symfonicznymi w Stanach Zjednoczonych i Europie. Obok własnych utworów dyryguje dziełami symfonicznymi twórców z różnych epok.
Pierwszy występ kompozytora na arenie międzynarodowej miał miejsce w 1959 roku na Festiwalu „Warszawska Jesień”, podczas którego wykonał Strofy, jeden z trzech utworów, za które otrzymał pierwsze nagrody na II Ogólnopolskim Konkursie dla Młodych Kompozytorów. Pozostałymi były Psalmy Dawida i Emanacje. W tym samym roku powstał Tren ofiarom Hiroszimy uhonorowany nagrodą UNESCO. Utwór ten zapoczątkował pasmo sukcesów takich dzieł jak: Anaklasis, Polymorphia, Fonogramy, Psalm czy Pasja wg. św Łukasza. Następnie powstały kolejno: Dies irae, opera Diabły z Loudun, Jutrznia. W 1972 roku rozpoczął karierę jako dyrygent i od tej pory prowadził największe orkiestry świata.
Prapremiera I Koncertu skrzypcowego odbyła się w Bazylei (1977). Drugim dziełem operowym był Raj utracony wykonany po raz pierwszy w Lyric Opera of Chicago (1978).
Te Deum zadyrygował kompozytor podczas prapremiery w Asyżu (1980), Polskie Requiem powstało na zamówienie Radia i Państwowego Teatru Wirtembergii dla uczczenia 40. rocznicy zakończenia II wojny światowej (1984), a Czarną maską dyrygował na Festiwalu w Salzburgu (1986). W 1988 roku otrzymał nagrodę Grammy za II Koncert wiolonczelowy nagrany wspólnie z Mścisławem Rostropowiczem.
Prapremiera czwartej opery, Króla Ubu miała miejsce w Operze Monachijskiej (1991). Kolejne jego dzieła to m.in.: Sinfonietta, Benedicamus Domino, V Symfonia, Koncert fletowy, Siedem bram Jerozolimy (3000 lat Jerozolimy), Hymn do św. Daniiła (850-lecie Moskwy), Hymn do św. Wojciecha (1000-lecie Gdańska), Credo, Sonata na skrzypce i fortepian. W styczniu 2001 kompozytor ukończył Concerto grosso, którego prawykonanie odbyło się w czerwcu tego samego roku w Tokio, pod dyrekcją Charlesa Dutoit. 9 maja 2002 w Carnegie Hall odbyła się światowa prapremiera Koncertu fortepianowego „Zmartwychwstanie”.
W roku 2005 miały miejsce 3 kolejne premiery: Largo na wiolonczelę i orkiestrę, VIII Symfonia „Lieder der Vergänglichkeit” i Chaconne - część Polskiego Requiem, zadedykowana Papieżowi Janowi Pawłowi II. 14 grudnia 2005 roku Profesor Krzysztof Penderecki został uhonorowany najwyższym polskim odznaczeniem – Orderem Orła Białego. We wrześniu 2007 roku otrzymał tytuł Honorowego Profesora Petersburskiego Konserwatorium im. N. Rimskiego-Korsakowa. Jego imię znalazło się wśród tak wybitnych osobistości świata muzycznego jak Juri Temirkanov, Rodion Szczedrin, Galina Wiszniewskaja.
W kwietniu 2008 r. Profesor Krzysztof Penderecki został uhonorowany Złotym Medalem Ministra Kultury Armenii, otrzymał Dyplom Honorowego Profesora Państwowego Konserwatorium w Erewaniu i odebrał nagrodę Orły 2008 za najlepszą muzykę do filmu „Katyń” Andrzeja Wajdy. 5 maja 2008 roku w Bremie pod batutą kompozytora i z Radovanem Vlatkovićem jako solistą odbyła się światowa premiera Koncertu na róg i orkiestrę, a 22 listopada podczas jubileuszowego Festiwalu Krzysztofa Pendereckiego w Warszawie został po raz pierwszy wykonany III Kwartet smyczkowy kompozytora.
Krzysztof Penderecki został zaproszony do Komitetu Honorowego Komisji Obchodów Roku Chopinowskiego 2010 przy Ambasadzie RP w Lizbonie, Tokio i Rzymie.