Pénélope Bagieu naît en 1982, à Paris, de parents corses et basques.
Après le bac, elle étudie le cinéma d'animation à l'École nationale supérieure des Arts décoratifs, puis fait un passage à la Central St Martins de Londres.
De retour à Paris, elle crée en 2007 Ma vie est tout à fait fascinante, un blog dessiné où elle expose sa vie quotidienne avec un humour et une grâce qui font mouche. La publication du livre prolonge bientôt en librairie le succès du blog.
Elle multiplie les couvertures de romans et autres illustrations pour l'édition, œuvre pour de grandes campagnes publicitaires, dessine les aventures de Joséphine et signe même une ligne de lingerie. Avec, dans tout ce qu'elle fait, une façon bien à elle d'épouser l'époque sans en être dupe. Cadavre exquis est son premier récit au long cours. Elle publie ensuite California dreamin' puis Culottées.
En 2020 elle adapte le roman de Roald Dahl Sacrées sorcières.