Penza vilayətinin mərkəzi Penza şəhərinin əsası ruslar tərəfindən 1663-cü ildə qala kimi qoyulmuşdur. Bəzi mənbələr Penzada bundan daha əvvəl də yaşayış məntəqələrinin olduğunu bildirir. 1718-ci ildə Kazan quberniyasına daxil olan Penza əyaləti təşkil olunur. 15 sentyabr 1780-ci ildə 5 mart 1797-ci ilə kimi mərkəzi Penza şəhəri olan Penza quberniyası təşkil edildi, bu quberniya aradan qaldırıldıqdan sonra Penza şəhəri Saratov quberniyasının tərkibinə daxil edildi. 9 sentyabr 1801-ci ildə Penza quberniyası bərpa edildi və Sovet hökumətində 1928-ci ildə baş verən əsaslı inzibati dəyişiklər zamanı Penza şəhəri Tambov vilayətinə daxil edildi. 1939-cu ildə baş vermiş növbəti dəyişiklik zamanı Tambov vilayəti bölüşdürüldü və mərkəzi Penza şəhəri olan Penza vilayəti təşkil edildi.