Penelope este căsătorită cu personajul principal, regele din Ithaca, Odiseu (Ulise în mitologia romană) și fiica lui Icarius din Sparta și Periboea (sau Polycaste). Are un singur fiu cu Odiseu, Telemachus, care s-a născut chiar înainte ca Odiseu să fie chemat să lupte în războiul troian. Ea așteaptă douăzeci de ani pentru întoarcerea finală a lui Ulise, timp în care elabora diverse strategii pentru a întârzia căsătoria cu oricare dintre cei 108 pretendenți (conduși de Antinous și inclusiv Agelaus, Amphinomus, Ctessippus, Demoptolemus, Elatus, Euryades, Eurymachus și Peisandros).

La întoarcerea lui Odiseu, deghizat într-un bătrân cerșetor, el constată că Penelope a rămas credincioasă. Ea a conceput trucuri pentru a întârzia pretendenții, dintre care unul se preface că țese un giulgiu de înmormântare pentru tatăl în vârstă al lui Odiseu, Laertes și susține că va alege un pretendent când va termina. În fiecare seară, timp de trei ani, va anula partea din giulgiu, până când Melantho, o sclavă, își descoperă chicanitatea și o dezvăluie pretendenților.

Datorită eforturilor sale de a amâna recăsătorirea, Penelope este adesea văzută ca un simbol Dar, pentru că Athena vrea ca „să se arate vrăjitorilor, ca să le poată flutura inimile și să câștige mai multă onoare de la soțul și fiul ei decât până acum”, Penelope apare în cele din urmă în fața pretendenților (xviii. 160-162). După cum comentează Irene de Jong:

Ca atât de des, Athena este cea care ia inițiativa în a da poveștii un nou d irecție … De obicei, motivele muritorului și ale lui Dumnezeu coincid, aici nu fac: Athena vrea ca Penelope să-i susțină dorința pretendenților pentru ea și (prin aceasta) să o facă mai stimată de soțul și fiul ei; Penelope nu are niciun motiv real … pur și simplu simte un impuls fără precedent de a întâlni bărbații pe care îi urăște atât de mult … adăugând că ar putea profita de această ocazie pentru a vorbi cu Telemachus (ceea ce va face într-adevăr).

Este ambivalentă, cerându-i în mod diferit lui Artemis să o omoare și, aparent, ia în considerare căsătoria cu unul dintre pretendenți. Când Odiseul deghizat se întoarce, ea anunță în lungul ei interviu cu eroul deghizat că oricine poate înșira arcul rigid al lui Odiseu și poate trage o săgeată prin douăsprezece capete de topor poate avea mâna ei. „Pentru complotul Odiseei, desigur, ea decizia este punctul de cotitură, mișcarea care face posibilă triumful mult prezis al eroului care se întoarce „.

Există dezbateri dacă Penelope este conștientă de faptul că Ulise este în spatele deghizării. Penelope și pretendenții știu că Odiseu (dacă ar fi fost de fapt prezent) le-ar depăși cu ușurință pe toate în orice test de abilitate masculină, așa că este posibil să fi început intenționat concursul ca o oportunitate pentru el de a-și dezvălui identitatea. Pe de altă parte, deoarece Odiseu pare să fie singura persoană (poate cu excepția lui Telemachus) care poate folosi arcul, ar putea întârzia și mai mult căsătoria cu unul dintre pretendenți.

Când începe concursul arcul, niciunul dintre pretendenți nu poate strângeți arcul, cu excepția lui Ulise care câștigă e concurs. După ce a făcut acest lucru, el începe să măcelărească pretendenții – începând cu Antinous pe care îl găsește băut din paharul său – cu ajutorul lui Telemachus, Athena și doi sclavi, Eumaeus porcarul și Philoetius cowherd. Ulise s-a dezvăluit acum în toată gloria sa (cu o mică schimbare a lui Athena); totuși, Penelope nu-și vine să creadă că soțul ei s-a întors cu adevărat – se teme că este poate un zeu deghizat, ca în povestea lui Alcmene – și îl testează ordonându-i sclavului Eurycleia să mute patul în camera lor de mireasă. Ulise protestează că acest lucru nu se poate face din moment ce a făcut patul singur și știe că unul dintre picioarele sale este un măslin viu. Penelope acceptă în cele din urmă că el este cu adevărat Ulise, un moment care evidențiază omofrosia lor (ὁμοφροσύνη, „mentalitate asemănătoare”). Homer sugerează că de atunci Odiseu va trăi o viață lungă și fericită împreună cu Penelope și Telemachus, conducându-și cu înțelepciune regatul și bucurându-se de respect și mult succes.

În unele surse timpurii, cum ar fi Pindar, Pan părinții sunt Apollo și Penelope. Herodot (2.145), Cicero (ND 3.22.56), Apollodorus (7.38) și Hyginus (Fabulae 224) îl descriu pe Hermes și Penelope drept părinții săi. Pausanias 8.12.5 înregistrează povestea pe care Penelope o avea de fapt a fost infidel față de Ulise, care a alungat-o la Mantineia la întoarcerea sa. Sursa Dionysiaca din secolul al V-lea d. Nonnus (14,92) numește Penelope din Mantineia în mama Arcadiei Pan. Alte surse (Duris din Samos; comentatorul Vergilian Servius) relatează că Penelope a întreținut relații sexuale cu toți cei 108 pretendenți în absența lui Ulise și, ca urmare, l-a născut pe Pan.Acest mit reflectă etimologia populară care echivalează numele lui Pan (Πάν) cu cuvântul grecesc pentru „toate” (πᾶν).