Penelope Ann Miller (nacida como Penelope Andrea Miller, el 13 de enero de 1964) es una actriz estadounidense. En su larga carrera se destacan filmes exitosos y aclamados por la crítica, además de notables obras de teatro. Ha actuado con grandes del cine como Marlon Brando, Robert De Niro y Al Pacino. Ha sido nominada al Premio Tony, al Globo de Oro y al Premio del Sindicato de Actores por su participación en la cinta The Artist.
Su padre es el guionista y director Mark Miller, quien es recordado por su papel de "Padre" en la serie de los 60's "Please don't eat the daisies" y además es el escritor de Un Paseo por las Nubes. Su madre, Beatrice Miller es una instructora de yoga que trabaja para una institución sin fines de lucro y que anteriormente había trabajado como periodista para la revista "Life" y como editora en "Harper's Bazaar". Penelope tiene dos hermanas: Marissa, que también es actriz y Savannah, que es trabajadora social y representativa de Arbonne Skin-Care Products.