2008年1月19日、UFC 80でジョー・スティーブンソンとUFC世界ライト級王者決定戦で対戦。スタンドでもグラウンドでも一方的に殴り続け、1Rに右肘打ちでカットさせ流血させると、最後はチョークスリーパーで一本勝ち。サブミッション・オブ・ザ・ナイトを受賞した。この勝利で第3代UFC世界ライト級王者となり、ランディ・クートゥアに続く2階級制覇を達成した。当初は暫定王者決定戦として予定されていたが、王者ショーン・シャークがUFC 73において行った薬物使用でタイトルを正式に剥奪されたため、正王者の決定戦にスライドする形となった。試合後、観戦していたシャークに対戦を呼びかけ、シャークもオクタゴンへ上がり対戦を受諾した。

2008年5月24日、UFC 84でショーン・シャークとUFC世界ライト級タイトルマッチで対戦。スタンドの攻防で優位に立ち、ラウンド終了間際に勢いをつけての膝蹴りでダウンを奪うとパウンドを連打。3R終了時のTKO勝ちにより王座の初防衛に成功した。試合後のマイクでは「Do you want GSP?」と観客を煽り、ジョルジュ・サンピエールとの再戦をにおわせた。

2009年1月31日、ライト級王座を保持したままUFC 94でUFC世界ウェルター級タイトルマッチでジョルジュ・サンピエールと再戦。戦前、世界中で「現代MMA最高の一戦」と銘打たれた試合であったが、終始ポジショニングで優位に立たれ、パウンドによるダメージの蓄積で4R終了時にコーナーストップによるTKO負け。リベンジを兼ねたウェルター級王座奪還には至らなかった。試合後、「GSPがインターバルにワセリンを背中に塗っていた」としてネバダ州アスレチック・コミッションに提訴したが敗訴に終わった[5]。（後に同コミッションは外用物質の使用を禁止条項に加え、それは俗に「BJペン・ルール」と称される[6]。）

2009年8月8日、UFC 101のライト級王座防衛戦でケニー・フロリアンと対戦。4Rにチョークスリーパーで一本勝ちし、2度目の王座防衛に成功。サブミッション・オブ・ザ・ナイトを受賞した。

2009年12月12日、UFC 107のライト級王座防衛戦でディエゴ・サンチェスと対戦。相手に一度のテイクダウンも許さず、終始打撃で圧倒。最終ラウンドに右ハイキックで額をカットさせてドクターストップによるTKO勝ちを収め、3度目の防衛に成功した。

2010年4月10日、アブダビで開催されたUFC 112のライト級王座防衛戦でフランク・エドガーと対戦。5Rを戦い0-3の判定負けにより防衛に失敗、2年余りに渡って保持していたライト級王座を失った[7]。非常に判定の難しい試合内容であり、手数ではエドガー、有効打ではBJと意見の分かれる判定となったため、すぐに再戦が組まれることとなった。

2010年8月28日、UFC 118のメインイベントでエドガーとの再戦となるライト級タイトルマッチに挑むが、全ラウンドを通じて手数とテイクダウンの数で上回られ、0-3の判定で敗れ2連敗を喫した[8]。

2010年11月21日、UFC 123でマット・ヒューズと対戦。右ストレートからのパウンドで21秒KO勝ちを収めた。2009年のジョルジュ・サンピエール戦以来のウェルター級での試合であり、ヒューズとのラバーマッチでもあった[9]。

2011年2月27日、UFC 127のメインイベントでジョン・フィッチと対戦し、0-1の判定ドローとなった[10]。

2011年10月29日、UFC 137のメインイベントでニック・ディアスと対戦し、0-3の判定負け。試合後には「ニック・ディアズには脱帽だよ。彼は男だ。みんなが俺をこの場所で見るのはこれが最後だ。俺はトップレベルでのパフォーマンスをしたいんだ。娘もいるし、もう一人生まれてくる予定なんだ。こんな顔で家に帰りたくはないんだ。」と引退を表明した[11]。
戦績

総合格闘技 戦績
25 試合(T)KO一本判定その他引き分け無効試合
16 勝763020
8 敗2060

勝敗対戦相手試合結果イベント名開催年月日
×ニック・ディアス5分3R終了 判定0-3UFC 137: Penn vs. Diaz2011年10月29日
△ジョン・フィッチ5分3R終了 判定0-1UFC 127: Penn vs. Fitch2011年2月27日
○マット・ヒューズ1R 0:21 KO（右ストレート→パウンド）UFC 123: Rampage vs. Machida2010年11月21日
×フランク・エドガー5分5R終了 判定0-3UFC 118: Edgar vs. Penn 2
【UFC世界ライト級タイトルマッチ】2010年8月28日
×フランク・エドガー5分5R終了 判定0-3UFC 112: Invincible
【UFC世界ライト級タイトルマッチ】2010年4月10日
○ディエゴ・サンチェス5R 2:37 TKO（額のカット）UFC 107: Penn vs. Sanchez
【UFC世界ライト級タイトルマッチ】2009年12月12日
○ケニー・フロリアン4R 3:45 チョークスリーパーUFC 101: Declaration
【UFC世界ライト級タイトルマッチ】2009年8月8日
×ジョルジュ・サンピエール4R終了時 TKO（続行不能）UFC 94: St-Pierre vs. Penn 2
【UFC世界ウェルター級タイトルマッチ】2009年1月31日
○ショーン・シャーク3R終了時 TKO（レフリーストップ）UFC 84: Ill Will
【UFC世界ライト級タイトルマッチ】2008年5月24日
○ジョー・スティーブンソン2R 4:02 チョークスリーパーUFC 80: Rapid Fire
【UFC世界ライト級王者決定戦】2008年1月19日
○ジェンス・パルヴァー2R 3:12 チョークスリーパーThe Ultimate Fighter 5 Finale2007年6月23日
×マット・ヒューズ3R 3:53 TKO（パウンド）UFC 63: Hughes vs. Penn