Krzysztof Penderecki a été élevé dans une famille d'origine arménienne[3] à la musicalité prononcée. Son père, Tadeusz Penderecki, un avocat et son grand-père, Robert Berger, peintre talentueux et directeur de la banque étaient tous deux musiciens. Son père était un violoniste amateur et jouait également du piano. Sa mère, Zofia Wittgenstein était d'origine arménienne par la branche maternelle.
Il a d'abord appris à jouer du piano, puis du violon. Il composa ses premières œuvres à l'âge de 8 ans. Le manque d'études de violon provoqué par la guerre l'obligea, en compagnie de son professeur, à écrire ses exercices par lui-même et à s'entraîner sur ce support.
Krzysztof Penderecki a fait ses études au conservatoire de Cracovie[4] avant d'y enseigner, puis d'en devenir le directeur en 1972[5]. Il remporte en 1959 le premier prix du concours de composition de Varsovie[6].
Il s'affirme d'emblée comme un grand compositeur de musique sérielle, ainsi qu'en témoignent ses premières compositions (Strophes, Anaklasis)[7]. Il a toutefois évolué par la suite vers une certaine forme de classicisme, ce qui conduit à distinguer dans son œuvre au moins deux périodes.
Dans les années 1960-1970, il utilise les instruments classiques comme des instruments à percussion sur un mode résolument atonal ou sériel, recourt en abondance aux glissandos ou aux clusters et travaille sur le chromatisme d'une manière audacieuse. Son œuvre est néanmoins empreinte, à partir de sa Passion selon saint Luc (1965-1966)[8], d'une forte inspiration religieuse.
Dès la fin des années 1980, il donne à son travail une nouvelle orientation marquée tout à la fois par une simplification du langage musical et un retour à la tonalité classique, ainsi qu'en témoigne son imposant Requiem polonais. Il s'inscrit même, à travers son œuvre symphonique, dans la tradition romantique ou post-romantique[9].
« ... Je cherche l'inspiration quand je me promène dans mon parc ou que je travaille dedans, et cela se transforme toujours en une expérience enrichissante quand il s'agit de composer. »
— Krzysztof Penderecki
Mari d'Elzbieta Solecka, avec laquelle il a eu deux enfants, il a un enfant d'un précédent mariage avec Barbara Penderecka.