Journaliste, il commence à écrire pour le théâtre au début des années 90. Sa première pièce, Wild Turkey, a été jouée dans le cadre du London New Play Festival en 1993. Avec Voix secrètes (Some Voices) créée au Royal Court Theatre Upstairs en 1994, il a obtenu une bourse de la chaîne Thames Television et le John Whiting Award. Créée au Royal National Theatre de Londres en avril 2000, sa dernière pièce, Bleu/Orange, a poursuivi son succès dans le West End. Elle a remporté de nombreux prix, notamment celui de la meilleure pièce en 2001 aux Olivier Awards ainsi que le prix de la meilleure pièce de l'année 2000, décerné par le cercle des critiques théâtraux.
Les thèmes de ses textes, qui s'inscrivent dans le courant du réalisme radical à l'anglaise, sont la mort, la folie, la perte, la famille, l'échec, la communication et l'incommunicabilité.
Joe Penhall est également l'auteur de scénarios pour la télévision et le cinéma : "The Great Brioche" et "Some Voices", film britannique adapté de sa pièce et réalisé par Simon Cellan Jones.

Pale Horse (1995) - Love & Understanding (1997) - The Bullet (1998) - Blue/Orange