Цветелина Пенкова е родена на 19 февруари 1988 година в София. Завършва магистърска степен по финансова икономика в Университета Оксфорд във Великобритания. Защитава две бакалавърски степени - в Университета Бокони в Милано, Италия и в Централния европейски университет в Будапеща, Унгария, както и обменна програми в Университета Мак Гил в Монреал, Канада. Професионалният й опит е натрупан като финансов специалист в инвестиционен фонд в Лондон, била е и инвестиционен банкер в Кралската банка на Шотландия и анализатор в Егон Зендер.

От 2019 година насам тя е евродепутат от Групата на социалистите и демократите в ЕП. През този мандат на МО в БСП Цветелина Пенкова изпълнява ролята на зам.-председател на МО в БСП с ресор ``Европейски политики``.