Es un astrofísico estadounidense que ganó el Premio Nobel de Física en 1978 por las observaciones que respaldan la teoría del Big Bang (Gran Explosión) del Universo. Esta teoría formula que el Universo se creó a raíz de una explosión masiva hace 10.000 o 20.000 millones de años. Penzias compartió el Premio Nobel con el físico estadounidense Robert Wilson y con el físico ruso Piotr Kapitsa.
Penzias nació en Munich (Alemania) y se nacionalizó estadounidense. Estudió en el City College de Nueva York y en la Universidad de Columbia, donde recibió el doctorado en física en 1962. Se incorporó al personal de investigación de radio y comunicaciones en Bell Laboratories (AT&T) en 1961. Mientras dirigía la investigación sobre ondas de radio en AT&T, Penzias y Wilson identificaron la radiación de fondo cósmica, una radiación que no tiene una fuente específica, y descubrieron que se puede detectar en el espacio procedente de todas las direcciones. En la actualidad, la mayor parte de los científicos creen que esta radiación se liberó en la explosión del Big Bang.