Penter absolvierte 1987 bis 1995 ein Studium der Osteuropäischen Geschichte, Mittleren und Neueren Geschichte, Germanistik sowie Slavistik an der Universität zu Köln, das sie mit dem Magister artium abschloss. Von 1992 bis 1996 war sie Stipendiatin des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) in Odessa und Wolgograd, in den letzten beiden Jahren im Rahmen eines DAAD-Auslandsstipendiums für Promovenden in Odessa, Kiew und Moskau. Anschließend arbeitete Penter als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Seminar für Osteuropäische Geschichte der Universität Köln, wo sie 1999 mit einer von Andreas Kappeler betreuten Arbeit zu Odessa im Revolutionsjahr 1917 promoviert wurde. Von 2001 bis 2003 war Penter wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für soziale Bewegungen der Ruhr-Universität Bochum im Forschungsprojekt "Zwangsarbeit im Kohlenbergbau". 2004 bis 2005 war postdoctoral fellow am Center for Advanced Holocaust Studies des United States Holocaust Memorial Museum in Washington, D.C., vertrat anschließend die akademische Ratsstelle für Ost- und Ostmitteleuropäische Geschichte an der Ruhr-Universität Bochum, ehe sie von 2007 bis 2010 Geschäftsführerin des internationalen Forschungsprojektes zur Entschädigung von ehemaligen NS-Zwangsarbeitern am Lehrstuhl für Zeitgeschichte der Universität Bochum war, wo sie sich 2008 mit einer Studie zu den Arbeits- und Alltagserfahrungen der Bevölkerung im ukrainischen Donezbecken unter stalinistischer und nationalsozialistischer Herrschaft habilitierte. Im Wintersemester 2008/09 hatte Penter eine Vertretungsprofessur des Lehrstuhls für Geschichte Osteuropas an der Humboldt-Universität Berlin und von 2010 bis 2013 eine Vertretungsprofessur für Geschichte des 19. und 20. Jahrhunderts unter besonderer Berücksichtigung Mittel- und Osteuropas an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg inne. Seit Oktober 2013 ist Penter Professorin für Osteuropäische Geschichte an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg.