پنلوپه میچل در ملبورن، ویکتوریا متولد شد، مادرش یک هنرمند فرانسوی و پدرش کارآفرین استرالیایی بود، میچل بیشتر دوران کودکی خود را در استرالیا با دو برادر بزرگتر خود گذراند. او از ۴ تا ۱۶ سالگی باله تمرین میکرد،[۲] سپس و با هدف رشته وکالت در دانشگاه ملبورن شرکت کرد. در زمان حضور در آنجا، او به اجرای خود ادامه داد و برای نشریات مختلف مقاله نوشت. میچل قبل از عزیمت به لس آنجلس برای ادامه بازیگری، مدرک دانشگاهی خود را در رشته ارتباطات رسانه ای به پایان رساند. او دختر عموی بازیگر رادا میشل است.[۳]