Pennebaker zählte in den 1960er Jahren zu den Pionieren des "Direct Cinema", denen es um Authentizität und die Darstellung von Alltag ging und die oft mit Handkamera filmten. Er beschäftigte sich vorrangig mit Themen der Rock- und Popmusik. So porträtierte er in "Dont Look Back" (1967) den Musiker Bob Dylan auf dessen Großbritannien-Tournee im Jahr 1965. Der Konzertfilm "Monterey Pop" spiegelte das legendäre Festival im kalifornischen Monterey im Jahr 1967 wider, auf dem unter anderem Janis Joplin und Jimi Hendrix auftraten.
In dem Dokumentarfilm "The War Room" befasste sich Pennebaker mit dem US-amerikanischen Präsidentschaftswahlkampf von Bill Clinton im Jahr 1992. Pennebaker arbeitete oft mit seiner Ehefrau, der Dokumentarfilmerin Chris Hegedus, zusammen, mit der er seit 1982 verheiratet war.