A színésznő nagyon szereti a gyerekeket, és meglehetősen anyáskodó típus. Saját gyerek híján egyelőre a testvérein éli ki hajlamait, de a jövőben mindenképpen változtatni kíván ezen. Cruz az örökbefogadástól sem zárkózna el.

Jelenleg a szintén színész Javier Bardemmel él egy együtt, az ő véleményét azonban nem tudni erről a kérdésről, mert Penelope nem szívesen beszél a sajtónak a magánéletéről. Párja színészi teljesítményéről viszont sokkal szívesebben nyilatkozik, amiről csak pozitív dolgokat tud mondani. A színésznő maximalista is, mert mindmáig a saját alkalmatlanságától retteg, vagyis attól fél minden forgatáson, hogy elküldik. Az anyaság kérdéséhez is ugyanilyen módon áll a színésznő, azt szeretné, ez lenne élete legtökéletesebb vállalkozása.
A színészpár két éve van együtt, Woody Alen Vicky Cristina Barcelona című filmjében játszottak együtt, ekkor szerettek egymásba.