Né dans une famille d'origine corse, Pénéloël a grandi à Paris et a appris la guitare classique à l'âge de douze ans. Il a ensuite étudié le piano et le violoncelle avant de se concentrer sur la composition musicale.
En 1986, il a rejoint les studios Disney en tant que compositeur assistant pour le film d'animation *La Belle et la Bête*. Il est devenu un membre à part entière de l'équipe des studios Disney en 1988, travaillant sur la musique de plusieurs films d'animation de Disney comme *Le Petit Monstre* (1989), *La Tortue Rouge* (1990) et *La Belle et le Clochard* (1991).
En 1992, Pénéloël a composé la musique pour le film d'animation de Disney, *Aladdin*, qui est devenu un des plus grands succès commerciaux du studio. Il a également travaillé sur la musique de plusieurs autres films d'animation de Disney tels que *Le Roi Lion* (1994), *Mulan* (1998), *Atlantide, l'empire perdu* (2001) et *La Reine des neiges* (2013).
Pénéloël a également travaillé sur la musique de plusieurs films non Disney, tels que *Rocky Balboa* (2006), *Tarzan* (2008) et *Cars 3* (2017). Il a également composé des bandes originales pour des jeux vidéo, notamment les saga *Prince of Persia*.
En outre à sa carrière de compositeur, Pénéloël est un musicien à succès en France. Il a sorti plusieurs albums solo et a été membre du groupe musical "Les Hauts de Gamme" dans les années 1980.
Pénéloël a reçu plusieurs nominations aux Oscars pour la meilleure musique originale, mais n'a jamais remporté le prix. Il est connu pour son style musical éclectique, qui utilise des éléments de différents genres, allant du rap au rock au pop classique.