Alexa PenaVega begann ihre Schauspielkarriere früh. Bereits im Kindesalter war sie in bekannten Produktionen zu sehen – mit nur acht Jahren stand sie in Twister vor der Kamera. Ihren internationalen Durchbruch erlangte sie 2001 als Carmen Cortez in der populären Spy Kids-Reihe, in der sie mehrere Stunts selbst absolvierte und eine Rolle etablierte, die sie über Jahre prägte.
Parallel zu ihrer Filmarbeit zeigte sie ihre Vielseitigkeit auch auf der Bühne: 2007 spielte sie an der New Yorker Broadway-Bühne die Rolle der Penny Pingleton in Hairspray. Später verschrieb sie sich dem Fernsehen und Hallmark-Kanal, wo sie in zahlreichen Fernsehfilmen wie Ms. Matched oder der Serie Picture Perfect Mysteries mitwirkte – oft gemeinsam mit ihrem Ehemann Carlos.
Privat ist Alexa stark im Glauben verwurzelt. Ihre Ehe mit Carlos begann durch eine gemeinsame Basis im christlichen Glauben – die beiden leben und arbeiten mental und kreativ eng vereint; sie bloggen gemeinsam auf ihrem YouTube-Kanal La Vida PenaVega. Die Familie umfasst inzwischen drei lebende Kinder und erlebte kürzlich eine Tragödie: die stillgeborene Tochter Indy, die trotz des Verlusts viel Bewusstsein und Heilung gebracht hat.