Etter hvert som levekårene i Nazi-Tyskland ble stadig mer uholdbare for familien, planla de å emigrere til USA. Våren 1939, i en alder av seks år, kunne Arno Penzias og hans yngre bror reise til England på en . Foreldrene hans fulgte etter litt senere, og familien emigrerte til USA på i desember 1939, kort tid etter krigsutbruddet.