Penelope Bagieu je rođena u Parizu, a roditelji su joj porijeklom s Korzike i iz Baskije. Obrazovanje joj započinje studijem animacije na pariškom Ecole nationale superieure des Arts Decoratifs, a zatim studira i na londonskom Central Saint Martins College of Art & Design. Karijeru započinje upravo s kratkometražnim animiranim filmom No More Laughter, a koji je emitiran na Canal+. Potom se usmjerila na rad u ilustraciji za različite novine, oglasne kampanje, televiziju, nakladničke kuće, te na internetu. Istovremeno objavljuje crteže iz svakodnevnog života na svom popularnom blogu Ma Vie est tout a fait fascinante. To je primijetio i francuski autor Frederic Ploton, pa u suradnji s njim objavljuje par knjiga vezanih uz temu seksa, poput ChamaSutre (Kamasutra, ali s mačkama, 2008.) i Cahier d'Excercises pour les Adultes qui ont Seche les cours d'Education Sexuelle (seksualna vježbovnica, također izdana 2008. godine).

U 2008. započinje i strip-serijal Josephine za časopis Femina, o svakodnevnom životu jedne tridesetogodišnjakinje (koji će kasnije biti i ekraniziran), a iste godine osmišljava lik Charlotte, stvoren pri pokretanju novog časopisa Oops. Paralelno pokreće i web-stranicu O Christmas tree, s ciljem prikupljanja sredstava za darove siromašnoj djeci. Njen crtani roman u žanru romantične komedije, Cadavre Exquis, izlazi 2010. u izdanju Gallimarda. 2012., a u suradnji s francuskim strip-autorom Bouletom, izdaje La Page Blanche za Delcourt, a radnja se vrti oko djevojke koja gubi pamćenje i pokušava rekreirati svoj identitet. Slijedeći joj je uradak više glazbeno orijentiran, pa tako u suradnji s Joan Sfar 2013. godine objavljuje Stars of the Stars.  Zatim slijedi i crtani roman California Dreamin’,  o Cass Eliott, članici grupe The Mamas & the Papas,a  za koji je primila nagradu Harvey. U 2013. godini na Međunarodnom festivalu stripa u Angoulemeu prima viteški naslov za zasluge u kulturi (Ordre des Arts et des Lettres).

2016. pokreće strip-blog Les Culottees za Le Monde, a koji će u 2018. godini biti objavljen uz podnaslov Qui ne font Que ce Qu'elles Veulent, a kod nas dolazi u prijevodu kao Neustrašive: žene koje žive po svom. Originalno je Bagieu pisala po jednu epizodu svakog tjedna u razdoblju od 30 tjedana, a vežu ih neobične i nadahnjujuće priče glavnih junakinja. U svakoj od tih, one se bore protiv društvenih normi i pritisaka svoga vremena kako bi živjele život po svom izboru. Uz veliku popularnost i odlične kritike, Neustrašive su primile i nagradu Eisner, a dosad je taj strip preveden na čak jedanaest jezika.