Penelope Fitzgerald, de soltera Knox, nació en 1916.

Era la hija del editor de Punch, Edmund Knox, y sobrina del teólogo y novelista Ronald Knox, del criptógrafo Dilly Knox y del estudioso de la Biblia Wilfred Knox. Fue educada en caros colegios de Oxford. Durante la segunda guerra mundial trabajó para la BBC. En 1941 se casó con Desmond Fitzgerald, un soldado irlandés, con el que tuvo tres hijos. Durante algunos años vivió en una casa flotante en el Támesis.

Autora tardía, Penelope Fitzgerald publicó su primer libro en 1975, a los cincuenta y ocho años, una biografía del pintor prerrafaelita Edward Burne-Jones. En 1977 publicó su primera novela, The Golden Child, una historia cómica de misterio ambientada en el mundo de los museos.

A lo largo de los siguientes cinco años publicó cuatro novelas vagamente autobiográficas, que la consagraron como una de las figuras más importantes de la nueva narrativa inglesa, comparable a Iris Murdoch o A. S. Byatt.

Con La librería (1978) fue finalista del Booker Prize, premio que finalmente consiguió con su siguiente novela, A la deriva (1979). Siguieron Human Voices (1980) y At Freddie's (1982). En este punto, Fitzgerald declaró que ya estaba cansada de escribir sobre su propia vida, y se decantó por la novela que desvelaba hechos y acontecimientos del pasado, desde un punto de vista histórico. La primera de ellas sería Inocencia (1986), desarrollada en la Italia de los años 50 y que narraba la historia de amor entre la hija de un aristócrata arruinado y un médico comunista.

En 1988 publicó El inicio de la primavera, que tiene lugar en el Moscú de 1913, protagonizada por un pequeño impresor inglés perdido en los albores de la Revolución rusa. Siguieron La puerta de los ángeles (1990) y La flor azul (1995), centrada en la vida del poeta alemán Novalis.

Penelope Fitzgerald murió en Londres en abril del año 2000.