Родился 4 января 1936 года на Орловщине, по выражению И.А. Бунина — в "плодотворном подстепье".

Окончил горный техникум в Липецке, работал два года в Магнитогорске, служил в армии на Дальнем Востоке.

В 1963 году окончил театральный институт (Школа-студия МХАТ, курс В.К. Монюкова) и с той поры до последних дней — актёр Художественного театра (после раздела труппы в 1987 году — во МХАТе имени Горького под руководством Татьяны Дорониной). Выпустил книгу воспоминаний "Была пора" (2008).

Народный артист РСФСР (1988).

Пеньков сыграл более 50 ролей на сцене и снялся в нескольких десятках кинофильмов, после которых он стал особенно популярен среди публики. До последних дней он участвовал во многих постановках доронинской труппы, в том числе в спектаклях «Белая гвардия» Булгакова, «Лес» Островского, «Обрыв» Гончарова, «Рюи Блаз» Гюго, «Я вижу солнце» Думбадзе.

Актерскую игру Пенькова можно увидеть в многосерийном фильме «В круге первом» по роману Солженицына, в киноэпопее «Вечный зов» и в такие фильмах, как «Гонка с преследованием», «На всю оставшуюся жизнь», «Лебедев против Лебедева», «Замыслил я побег».

Ушёл из жизни утром 21 декабря 2009 года в Москве. Похоронен 23 декабря на Троекуровском кладбище Москвы (участок № 6).