Penelope Oleksiak (Scarborough, 13 juni 2000) is een Canadese zwemster. Ze vertegenwoordigde haar vaderland op de Olympische Zomerspelen 2016 in Rio de Janeiro.
Op de wereldkampioenschappen zwemmen jeugd 2015 in Singapore behaalde Oleksiak de zilveren medaille op de 100 meter vrije slag en de 50 en 100 meter vlinderslag. Daarnaast behaalde ze een gouden, een zilveren en een bronzen estafettemedaille.
Op de Canadian Olympic Swimming Trials 2016 kwalificeerde de Canadese zich, op de 100 en 200 meter vrije slag en de 100 meter vlinderslag, voor de Olympische Zomerspelen 2016 in Rio de Janeiro. In Brazilië werd Oleksiak, ex aequo met de Amerikaanse Simone Manuel, olympisch kampioene op de 100 meter vrije slag, op de 100 meter vlinderslag veroverde ze de zilveren medaille. Samen met Sandrine Mainville, Chantal van Landeghem en Taylor Ruck sleepte ze de bronzen medaille in de wacht op 4x100 meter vrije slag. Op de 4x200 meter vrije slag legde ze samen met Katerine Savard, Taylor Ruck en Brittany MacLean beslag op de bronzen medaille. Samen met Kylie Masse, Rachel Nicol en Chantal van Landeghem eindigde ze als vijfde op de 4x100 meter wisselslag.