Réactions allergiques 
La pénicilline est une substance faiblement toxique mais possède un indice de sensibilisation significatif. Les réactions d'hypersensibilité suivantes associées à l'utilisation de la pénicilline ont été rapportées : Éruptions cutanées, allant des éruptions maculopapuleuses à la dermatite exfoliative ; urticaire ; réactions de type maladie sérique, y compris frissons, fièvre, œdème, arthralgie et prostration. Des cas d'anaphylaxie grave et souvent fatale ont été rapportés. Comme avec d'autres traitements de la syphilis, la réaction de Jarisch-Herxheimer a été rapportée. 
Des manifestations de toxicité de la procaïne et des réactions d'hypersensibilité ont été rapportées.
Gastro-intestinal 
Des cas de colite pseudomembraneuse ont été rapportés lors de l'utilisation de la pénicilline G. Les symptômes de colite pseudomembraneuse peuvent apparaître pendant ou après le traitement antibiotique.