Пенн — экс-супруг Мадонны, с которой они вместе снялись в фильме «Шанхайский сюрприз». Во время послесвадебного обеда, устроенного на лужайке, он пришел в ярость от появления вертолета с папарацци и начал палить в них из ружья.
18 октября 2002 года Пенн заплатил 56 000 долларов за публикацию открытого письма к Джорджу Бушу в газете «The Washington Post». В письме, опубликованном на правах рекламы, Пенн подверг критике американскую политику в отношении Ирака.
В отличие от большинства коллег он критически относится к многим классическим шедеврам кино, считая, например, «Унесенных ветром» средненькой мелодрамой.
Его мать — ирландка-католичка. Отец — еврей, «по одной линии русских, по другой — литовских кровей», как несколько причудливо значится в англоязычных биографиях Пенна. Его бабушка и дедушка держали в Нью-Йорке лавочку еврейской кулинарии.
Шон Пенн — брат актера Криса Пенна.