W 1751 roku została ona otwarta jako Academy and Charitable School in the Province of Pennsylvania, a w 1755 roku placówka otrzymała status uczelni wyższej jako College of Philadelphia. Po uzyskaniu przez USA niepodległości, nazwa uczelni została zmieniona wpierw na Uniwersytet Stanu Pensylwania (University of the State of Pennsylvania), a następnie na Uniwersytet Pensylwanii (University of Pennsylvania), co uczyniło ją pierwszą instytucją w kraju oficjalnie posługującą się tytułem uniwersytetu.
Uniwersytet Pensylwanii wielokrotnie wyznaczał nowe standardy w amerykańskiej nauce. W 1765 roku uczelnia otworzyła pierwszą w koloniach brytyjskich szkołę medyczną. W kolejnych dekadach Penn umocnił swoją pozycję jako centrum innowacji: w 1881 roku założona została Wharton School - pierwsza na świecie uniwersytecka szkoła biznesu, a w 1946 roku naukowcy z Penn Engineering wynaleźli ENIAC, pierwszy w historii komputer elektroniczny.
Na uczelni działa stowarzyszenie Polskich studentów o nazwie Polski Klub na UPenn (UPenn Polish Club).
Organizacja Uniwersytet Pensylwanii jest zarządzany przez organ powierniczy znany jako Trustees of the University of Pennsylvania.