Son père, avocat et violoniste enthousiaste, mit le jeune Krzysztof en contact avec la musique dès son enfance. Penderecki, admis au Conservatoire de Cracovie à l'âge de dix-huit ans, fit en même temps sa philosophie, son histoire de l'art et de la littérature à l'Université de Cracovie et, dès 1954, étudia la composition à l'Académie nationale de musique à Cracovie avec Artur Malewski puis, après la mort de ce dernier en 1957, avec Stanislas Wiechowicz. En 1958, il finit ses études et devint professeur à l'Ecole supérieure de musique. En 1959, à l'occasion du 2e Concours de Varsovie pour jeunes compositeurs polonais organisé par l'Union des compositeurs polonais, Penderecki obtint une triple récompense pour ses œuvres Strophes, Emanations et Psaumes de David. Un an plus tard, en 1960, sa pièce Anaklasis, pour 42 instruments à cordes, fut créée par l'Orchestre du Südwestfunk sous la direction de Hans Rosbaud au Festival de Donaueschingen. Ces œuvres et d'autres telles que Dimensions de temps et de silence, Thrène (Prix de l'Unesco 1961), Polymorphia et Fluorescences, le Quatuor à cordes n° 1, Dies Irae à la mémoire des victimes d'Auschwitz (Prix Italia 1968) et Stabat Mater pour trois chœurs mixtes a cappella et enfin la Passion selon saint Luc (Grand Prix d'Art du Land de Nordrhein-Westfalen 1966 et Prix Italia 1967), valurent à Penderecki son renom international. En 1967 lui fut attribuée la Médaille d'or de Sibelius. De 1966 à 1968, Penderecki enseigna à la Folkwang-Hochschule d'Essen et commença à travailler à son premier opéra les Diables de Loudun (d'après un livre d'Aldous Huxley, adapté à la scène par John Whiting et traduit par Erich Fried) qui fut créé au Staatsoper d'Hambourg en 1969. Suivirent trois autres opéras : le Paradis perdu (d'après Milton, créé en 1978 à Chicago), Die schwarze Maske (d'après Gerhart Hauptmann, créé en 1986 au Festival de Salzbourg) et Ubu Rex (d'après Ubu Roi de Jarry, créé en 1991 au Bayerische Staatsoper de Munich). En 1970, il reçut le Prix de l'Union des compositeurs polonais. A partir de 1972, il fut recteur de l'Ecole supérieure de musique de Cracovie puis, de 1973 à 1978, professeur à l'Université Yale (New Haven). Outre les œuvres mentionnées, cinq autres symphonies, de petites compositions orchestrales, des concertos pour soliste (violon, alto, violoncelle, flûte...), des œuvres de musique de chambre et de nombreuses œuvres vocales lui valurent de nombreux prix. Penderecki, qui est aussi chef d’orchestre, est docteur «honoris causa» et professeur dans de nombreuses universités (Georgetown, Glasgow, Rochester, Bordeaux, Louvain, Belgrade, Madrid, Poznán, Lucerne) et académies (Stockholm, Berlin, Buenos Aires) et de nombreux conservatoires (dont Pékin depuis 1998).