A több mint 120, műfajában a komolyzenei avantgardtól a tonális zenealkotásig terjedő mű - köztük négy opera, nyolc szimfónia - alkotójának, karmesternek, zenepedagógusnak a nemzetközi ismertséget a hirosimai atomtámadás áldozatainak emléket állító Gyászének hozta meg 1959-ben.

Leghíresebb alkotásai közé tartozik még a münsteri katedrális megépítésének kétszázadik évfordulója alkalmából szerzett Lukács Passió (1963-1966), valamint az 1970-es gdanski sortűz áldozatainak emlékére született Lengyel Rekviem (1980-1984). Penderecki Magyarországon többször is vezényelt műveinek előadásán.