Alergia na penicylinę, tak jak w przypadku większości uczuleń na leki, powoduje zwykle objawy skórne jak: pokrzywka, wysypka, rzadziej rumień. Czasami dochodzi jednak do groźnej reakcji ogólnoustrojowej - wówczas wystąpić może skurcz oskrzeli, napad astmy, obrzęk krtani. W najgorszym przypadku dochodzi do gwałtownej reakcji  ustroju, która jest stanem zagrożenia życia – wstrząsu anafilaktycznego.

Ilość osób uczulonych na penicyliny jest przeszacowana i  w rzeczywistości lekarze bardzo rzadko mają kontakt z kimś, kto rzeczywiście ma taką alergię. Okazuje się, że większość przypadków wysypki w trakcie leczenia penicyliną to objaw samej choroby poddawanej leczeniu, a nie reakcji na substancję. Mylnie zdiagnozowana alergia na penicylinę to częsty problem zwłaszcza w przypadku dzieci, czego przykładem może być gorączka trzydniowa u niemowląt. Tzw. „trzydniówka” charakteryzuje się tym, że po 3-4 dniach wysokiej gorączki temperatura dziecka spada, a następnie na jego skórze pojawiają się wykwity mylnie interpretowane jako uczulenie (naturalnie „trzydniówka” to choroba wirusowa więc podanie tu antybiotyku nie ma podstaw).

Wiele osób, które poinformowano, że są uczulene na penicylinę prawdopodobnie jest w stanie bezpiecznie przyjąć lek. Błędne wnioski są zwykle wysuwane na podstawie odbiegającej od normy reakcji na antybiotyk. Większość z tych pacjentów prewencyjnie nie zażyje penicyliny nigdy więcej, chociaż nie zostali skierowani na badania pod kątem alergii.

Naukowcy przeanalizowali dokumentacje medyczną 15 osób, u których  badania wykluczyły uczulenie na penicylinę, pomimo wcześniejszego poinformowania o alergii. Pacjenci dostali następnie penicylinę w postaci wlewu kilkukrotnie – bez „spodziewanych” efektów ubocznych. Badania mają być kontynuowane z większą ilością probantów.

Około 10% populacji uważa, że jest uczulone na penicylinę. Dane te są prawdopodobnie zawyżone – eksperci mówią nawet o 1%. Często u osób podatnych na zupełnie inne alergeny z założenia wyklucza się antybiotyki penicylinowe, aby uniknąć możliwych komplikacji. Następstwem takiego stanu rzeczy jest poszukiwanie leku z innej grupy, być może gorzej dopasowanego i często po prostu droższego. Ideałem byłoby więc przeprowadzanie testów u osób, które zostały poinformowane, że są na penicylinę uczulone.

W diagnostyce nadwrażliwości na penicylinę wykorzystuje się testy punktowe, testy śródskórne, w reakcjach kontaktowych - testy płatkowe, testy prowokacji z lekiem. Rzadziej stosowane badania to oznaczanie przeciwciał sIgE, test uwalniania histaminy z bazofilów, odczyn transformacji limfocytów LTT.