A sus 7 años, se la vio por primera vez en el programa infantil festilindo. Años después, realizó su primera participación importante en televisión, con 17 años (1992), integrando el selecto elenco de la miniserie Son de diez, por Canal 13. Antes realizó el papel de novia del personaje de Juan Ignacio Machado en la novela Regalo del cielo, en 1991.
Entre sus principales participaciones en televisión se encuentra el ciclo que la encumbró como actriz cómica, durante el periodo de 2001 y 2002 cuando actuó en “Pone a Francella”. Luego protagonizó la miniserie Disputas en el 2003, donde interpretó escenas de sexo. Florencia recibió un Premio Martín Fierro como “mejor actriz protagonista de unitario y/o miniserie” por su labor. Entre el 12 de abril y el 28 de diciembre de 2005, después de terminar la segunda temporada de La niñera, protagonizó Casados con hijos, versión argentina de Married with Children, junto a Guillermo Francella.
Tras la exitosa repetición de los capítulos de la sitcom, se grabó en 2006 una segunda temporada. Esta premiada comedia le hizo merecedora, en el año 2006, de su segundo Premio Martín Fierro como “mejor actriz de comedia”. Además, en 2007 obtuvo su tercera nominación consecutiva en ese rubro, también por el papel de Moni Argento, en la segunda temporada.
Peña estuvo casada con el músico Mariano Otero, de quien se separó en 2012 y con quien tiene dos hijos: Tomás Toto Otero y Juan Otero.
La actriz es simpatizante del Club Atlético Independiente de Avellaneda. En política, adhirió a la gestión de de la presidenta Cristina Fernández de Kirchner y de su marido, el fallecido presidente Néstor Kirchner.
El 12 de octubre de 2017, nació Felipe, primer hijo con su actual pareja Ramiro Ponce de León.