อาร์โน อัลลัน เพนเซียส (อังกฤษ: Arno Allan Penzias; 26 เมษายน ค.ศ. 1933) เป็นนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน และผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
เพนเซียสเกิดที่เมืองมิวนิค ประเทศสาธารณรัฐไวมาร์ (เยอรมนี) เมื่ออายุ 6 ขวบได้อยู่ในกลุ่มเด็กๆ ชาวยิวที่อพยพไปยังประเทศอังกฤษในปฏิบัติการช่วยเหลือ Kindertransport หกเดือนต่อมาผู้ปกครองของเขาได้หลบหนีจากพวกนาซีไปยังสหรัฐอเมริกา จากนั้นครอบครัวจึงได้ตั้งรกรากที่เมืองนิวยอร์กในปี ค.ศ. 1940 เพนเซียสได้เป็นพลเมืองสหรัฐฯ ในปี ค.ศ. 1946 เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีจากวิทยาลัยเมืองนิวยอร์กในปี ค.ศ. 1954 จากนั้นศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ได้รับปริญญาโทในปี 1958 และปริญญาเอกในปี 1962
เพนเซียสเริ่มงานที่ Bell Labs ที่นิวเจอร์ซีย์ โดยทำงานเกี่ยวกับเครื่องรับคลื่นไมโครเวฟอย่างละเอียดสำหรับใช้ในการเฝ้าสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุ ในปี ค.ศ. 1964 ขณะกำลังสร้างระบบเครื่องรับที่ละเอียดอ่อนที่สุด เขากับ โรเบิร์ต วูดโรว์ วิลสัน เพื่อนร่วมงาน ได้พบกับคลื่นวิทยุรบกวนที่พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้ มันมีพลังงานต่ำเกินกว่าจะเป็นการแผ่รังสีที่มาจากทางช้างเผือก ทั้งยังมีลักษณะที่เหมือนกันในทุกทิศทาง พวกเขาจึงสันนิษฐานว่าเครื่องมือวัดของตนอาจถูกรบกวนจากแหล่งกำเนิดอื่นบนโลก ทั้งสองทำการทดลองใหม่อีกหลายครั้ง แต่ก็ไม่อาจยอมรับผลที่ว่าคลื่นวิทยุรบกวนนั้นมาจากเมืองนิวยอร์ก หลังจากทดลองตัดความเป็นไปได้ของแหล่งกำเนิดคลื่นรบกวนทั้งหมดแล้ว ทั้งสองจึงได้ประกาศการค้นพบของตน ซึ่งในเวลาต่อมาได้รับการอธิบายโดย โรเบิร์ต ดิค ว่านั่นคือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล ซึ่งเป็นเศษซากคลื่นวิทยุที่หลงเหลือมาจากบิกแบง การค้นพบนี้ช่วยยืนยันทฤษฎีบิกแบงให้แก่นักดาราศาสตร์ และช่วยแก้ปัญหาข้อสงสัยหลายประการที่เคยมีก่อนหน้านั้น
เพนเซียสกับวิลสันได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1978 ร่วมกับ Pyotr Leonidovich Kapitsa (งานของ Kapitsa ไม่เกี่ยวข้องกับงานของเพนเซียสและวิลสัน) ทั้งสองยังได้รับเหรียญรางวัล Henry Draper ในปีก่อนหน้านั้น
