Faits: A. Depuis le 31 mars 2008, X._ exécute aux Etablissements pénitentiaires de la Plaine de l'Orbe (ci-après: EPO) deux peines privatives de liberté, respectivement de trois mois et trois ans. Le 1er décembre 2008 à 11 h 20, il a été pris à partie par un autre détenu, ensuite de quoi tous deux se sont battus et ont été précipités par terre, avant d'être séparés par des gardiens. A raison de ces faits, la Direction des EPO a infligé à X._ cinq jours d'arrêts avec sursis partiel pendant deux jours, par décision du 3 décembre 2008, immédiatement notifiée et mise à exécution. B. Le 4 décembre 2008, X._ a recouru contre cette décision auprès de la Cheffe du Service pénitentiaire du canton de Vaud. Par prononcé du 22 décembre 2008, cette dernière a déclaré le recours sans objet, en raison de l'exécution de la sanction dès le 3 décembre 2008. A l'appui, elle a relevé que le recours n'entraînait pas d'effet suspensif et que l'intéressé avait "refusé de signer l'autorisation de prélèvement de son compte libre de la somme de 100 fr. à titre d'émolument pour le traitement de son recours". C. X._ forme un recours en matière pénale au Tribunal fédéral. Il se plaint de n'avoir pas bénéficié en instance cantonale d'une voie de recours à un tribunal indépendant et impartial, en violation des art. 30 al. 1 Cst. et 6 ch. 1 CEDH. Il soutient en outre qu'il a été privé d'une voie de recours effective, en raison de l'absence d'effet suspensif et du fait que la sanction disciplinaire a été exécutée avant que l'autorité cantonale de recours ne se prononce sur son cas. Il conclut à l'annulation de la décision attaquée, en sollicitant l'assistance judiciaire. L'autorité intimée n'a pas répondu. Le Service pénitentiaire se réfère à la décision de sa Cheffe.