Urodził się 23 listopada 1933 w Dębicy. Studiował kompozycję u F. Skołyszewskiego, a następnie w PWSM w Krakowie u A. Malawskiego i S. Wiechowicza. W 1959 roku Krzysztof Penderecki skomponował Tren ofiarom Hiroszimy – jeden z najbardziej znanych i najczęściej wykonywanych utworów, za który otrzymał w 1961 roku Nagrodę UNESCO. W tym czasie powstały m.in. Anaklasis (na Donaueschinger Musiktage), Polymorphia (napisana na zamówienie Norddeutscher Rundfunk Hamburg), Fluorescencje (na Donaueschinger Musiktage), a w 1966 Pasja według św. Łukasza, pierwsze wielkie dzieło w karierze Pendereckiego. Utwór ten został napisany na zamówienie Westdeutscher Rundfunk w Kolonii dla uczczenia 700-lecia Katedry w Münster, w której 30 marca 1966 roku odbyło się jego prawykonanie. Wykonanie to przyniosło kompozytorowi światowy rozgłos i zapoczątkowało pasmo sukcesów.

Krzysztof Penderecki 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, 1984), 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 (1987, 1998, 1998, 2000, 2016), Grawemeyer Music Award (1992), Nagrody Międzynarodowej Rady Muzycznej UNESCO (1961,1993), Nagrody Best Living World Composer (2000), Nagrody Księcia Asturii (2001), Praemium Imperiale (2004), Viadrina Preis (2012), Per Arte at Deum (2015), International Classical Music Awards (2012, 2014, 2016). Krzysztof Penderecki jest doktorem honoris causa kilkudziesięciu uniwersytetów, m.in. w Rochester (1972), Bordeaux (1979), Leuven (1979), Waszyngtonie (1984), Belgradzie (1985), Barcelonie (1986), Madrycie (1987), Poznaniu (1987), Warszawie (1993, 1994), Krakowie (1994, 1998),  Buenos Aires (1994), Glasgow (1995), Moskwie (1999), Lucernie (2000), Lipsku (2003), New Haven (2003), Seulu (2005), Münster (2006), Lwowie (2015). Jest honorowym członkiem akademii artystycznych i  naukowych, m. in. Royal Academy of Music w Londynie, Accademia Nazionale di Santa Cecilia w Rzymie, Musikaliska Akademien w Sztokholmie, Akademie der Künste w Berlinie, Polskiej akademii Nauki, 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, Gesellschaft der Musikfreunde w Wiedniu, Academy for Performing Arts w Hong Kongu, Die Musikverein für Steiermark w Grazu.

W latach 1973-1978 Penderecki wykładał w Yale University w New Haven. W  latach 1972-1987 był Rektorem Akademii Muzycznej w Krakowie, a w latach 1987-1990 Dyrektorem Artystycznym Filharmonii Krakowskiej. Jest honorowym profesorem licznych akademii artystycznych, m. in. Konserwatorium im. Piotra Czajkowskiego w Moskwie, Konserwatorium Muzycznego w Pekinie, Academia Argentina de Musica, Akademia Muzyczna w Rydze, Państwowe Konserwatorium im. Rimskiego-Korsakowa w Sankt Petersburgu, Państwowe Konserwatorium im. Komitasa w Erewanie, Die Hochschule für Musik w Würzburgu.

W 1972 roku kompozytor rozpoczął karierę dyrygencką. Od tego czasu dyryguje największymi orkiestrami świata. Jest pierwszym gościnnym dyrygentem Norddeutscher Rundfunk Orchester w Hamburgu i Mitteldeutscher Rundfunk Sinfonie Orchester w Lipsku. Od 1992 do 2000 roku pełnił 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.

11 lipca 1998 w Eugene miało miejsce światowe prawykonanie Credo, kompozycji zamówionej przez The Oregon Bach Festival i Internationale Bachakademie w Stuttgarcie. Rok później nagranie Credo dla wytwórni Hänssler otrzymało prestiżową nagrodę AFIM Indie Award. 7 czerwca 2000 w Wiedniu odbyła się premiera Sekstetu zamówionego przez Geselschaft der Musikfreunde. W prawykonaniu udział wzięli Paul Meyer, Radovan Vlatković, Julian Rachlin, Yuri Bashmet, Mścisław Rostropowicz, Dmitrij Aleksiejew. W 2001 roku kompozytor ukończył Concerto grosso na trzy wiolonczele i orkiestrę zamówione przez NHK Symphony Orchestra w Tokio. 9 maja 2002 w Carnegie Hall zabrzmiał po raz pierwszy Koncert fortepianowy Zmartwychwstanie w wykonaniu Emanuela Axa oraz Philadelphia Orchestra. 26 czerwca 2005 roku w Luksemburgu dobyła się światowa premiera VIII Symfonii Pieśni przemijania. 14 grudnia 2005 roku Profesor Krzysztof Penderecki został uhonorowany najwyższym polskim odznaczeniem – Orderem Orła Białego. 12 października 2006 roku w Rydze kompozytor otrzymał Order Trzech Gwiazd. W kwietniu 2008 r. Krzysztof Penderecki został uhonorowany Złotym Medalem Ministra Kultury Armenii 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 Winterreise, a 22 listopada podczas jubileuszowego Festiwalu Krzysztofa Pendereckiego w Warszawie został po raz pierwszy wykonany III Kwartet smyczkowy kompozytora Kartki z nienapisanego dziennika. W 2009 roku Krzysztof Penderecki otrzymał Ordre de Mérite du Grand-Duché de Luxemburg oraz  Order Honorowy od Prezydenta Republiki Armenii. W 2009 roku Penderecki skomponował Kadisz z okazji 65. rocznicy likwidacji łódzkiego getta. Kompozytor został zaproszony do Komitetu Honorowego Komisji Obchodów Roku Chopinowskiego 2010 przy Ambasadzie RP w Lizbonie, Tokio i Rzymie. 14 stycznia 2011 roku w Warszawie odbyła się premiera Powiało na mnie morze snów… Pieśni zadumy i nostalgii na sopran, mezzosopran, baryton, chór i orkiestrę, napisanego na zamówienie NIFCu z okazji zakończenia roku Chopinowskiego. 7 marca 2011 Robert Matthew Festing, Wielki Mistrz Zakonu Maltańskiego odznaczył Krzysztofa Pendereckiego medalem Grand’ Croix de L’ordre „Pro Merito Melitensi”. 9 marca 2011 w Hanowerze odbyło się prawykonanie Duo concertante na skrzypce i kontrabas napisane dla Anne-Sophie Mutter i Romana Patkoló. 31 marca 2012 w Alvernia Studios pod Krakowem odbyły się pokazy Pasji wg św. Łukasza z inscenizacją Grzegorza Jarzyny. Premiera Koncertu podwójnego na skrzypce i altówkę, napisanego z okazji 200-lecia Musikverein w Wiedniu, w wykonaniu Janine Jansen i Juliana Rachlina miała miejsce w Musikverein 22 października 2012 roku. W styczniu 2013 roku w Lipsku została wykonana Missa Brevis, napisana na zamówienie Bach Archiv z okazji 800-lecia chóru St. Thomas z Lipska. Premiera nowej wersji opery Diabły z Loudun odbyła się w Kopenhadze 12 lutego 2013. Rok 2013 był rokiem jubileuszu Krzysztofa Pendereckiego. Z okazji 80. urodzin odbyło się wiele koncertów i festiwali, na których wykonano utwory kompozytora: Sankt Petersburg, Wrocław, Wilno, Lwów, Kraków, Kuhmo Chamber Music Festival, Festival Pablo Casals w Prades, Schleswig-Holstein Festival, Ohrid Festival, Marlboro Music Festival. Koncerty odbyły się również w Koszycach, Berlinie, Bonn, Hanowerze, Ravello i Asyżu (Emilia Romagna Festival), Budapeszcie, Mińsku, Pradze, Pekinie (Beijing Music Festival), Nowym Jorku, Bostonie, Yale University School of Music, Seulu, Caracas i Erewanie. W dniach od 17 do 23 listopada w Warszawie odbył się festiwal, poświęcony muzyce Krzysztofa Pendereckiego, na który przyjechali tak wielcy artyści jak Lorin Maazel, Charles Dutoit, Valery Gergiev, Marek Janowski, Lawrence Foster, Long Yu, Leonard Slatkin, Alexander Liebreich, Rafael Payare, oraz czołowi polscy dyrygenci: Jacek Kaspszyk, Krzysztof Urbański i Gabriel Chmura. Spośród największych solistów
i zespołów wykonujących muzykę Krzysztofa Pendereckiego, w festiwalu wzięli udział Anne-Sophie Mutter, Yuri Bashmet, Daniel Müller-Schott, Shanghai Quartet oraz wielu innych. 13 grudnia 2013 w Carnegie Hall odbyła się światowa premiera La Follia Krzysztofa Pendereckiego, utworu napisanego dla Anne-Sophie Mutter. W lutym 2014 roku kompozytor poprowadził cykl koncertów z Israel Philharmonic i The Gary Bertini Israeli Choir wykonując Polskie Requiem. W marcu 2014 roku Krzysztof Penderecki  był kompozytorem rezydentem w Curtis Institute of Music w Filadelfii. Tego samego roku kompozytor został odznaczony przez Prezydenta Republiki Estonii Orderem Krzyża Ziemi Maryjnej I Klasy. Światowa prapremiera Dies Illa na sopran, mezzosopran, bas, mieszane chóry i orkiestrę, napisanego z okazji 100-lecia wybuchu I Wojny Światowej, odbyła się 9 listopada 2014 roku w Brukseli w ramach specjalnego projektu „Thousand Voices for Piece”. 3 i 4 maja 2015 roku w ramach Musikfestspiele Saar w Niemczech odbyła się światowa premiera Concertino na trąbkę i orkiestrę, napisanego dla wirtuoza trąbki – Gabora Boldoczki. 26 czerwca 2015 roku w Manchesterze, Royal Northern College of Music przyznał Krzysztofowi Pendereckiemu tytuł Fellow of the Royal Northern College of Music. W 2015 roku został skomponowany przez Pendereckiego Psalm Domine quid multiplicati sunt z okazji 100 rocznicy ludobójstwa Ormian. Utwór miał swoją premierę 26 maja 2015 roku w Carnegie Hall, a Hover State Chamber Choir poprowadziła Sona Hovahnnisyan. 1 października 2015 roku w Warszawie podczas Inauguracji XVII Międzynarodowego Konkursu Pianistycznego im. Fryderyka Chopina miało miejsce prawykonanie Poloneza na orkiestrę symfoniczną, kompozycji Krzysztofa Pendereckiego napisanej na zamówienie Narodowego Instytutu Fryderyka Chopina.
25 listopada 2016 roku Krzysztof Penderecki wraz z żoną Elżbietą Penderecką otrzymał Nagrodę Stowarzyszenia Architektów Polskich w uznaniu zasług dla architektury polskiej. 11 grudnia 2016 roku w Wigmore Hall w Londynie zabrzmiał po raz pierwszy Quartetto per archi No. 4. Kompozycja powstała na zamówienie Wigmore Hall przy wsparciu André Hoffmanna. Najnowszy kwartet smyczkowy Pendereckiego powstał z myślą o Belcea Quartett, zespołu który dokonał jego prawykonania. 8 lutego 2017 roku Elżbieta i Krzysztof Pendereccy zostali uhonorowani Nagrodą im. prof. Aleksandra Gieysztora za szczególną dbałość o edukację muzyczną na najwyższym poziomie oraz prowadzoną od lat działalność na rzecz popularyzacji dziedzictwa muzyki klasycznej w Polsce i powołanie do życia Europejskiego Centrum Muzyki Krzysztofa Pendereckiego w Lusławicach.

Twórczość kompozytora na przestrzeni niemal sześćdziesięciu lat przyniosła ponad 100 kompozycji instrumentalnych, w tym ponad 20 utworów kameralnych, 17 kompozycji solowych, 24 utwory koncertujące, 27 kompozycji orkiestrowych, 7 symfonii,  21 pieśni i utworów chóralnych, 25 dzieł kantatowo-oratoryjnych i 4 opery. Ponadto Krzysztof Penderecki jest autorem ponad 120 kompozycji do filmów animowanych, teatrów lalkowych, teatru dramatycznego, teatru telewizji, a także filmów fabularnych i dokumentalnych.