肌內注射苯唑西林 0.5g，半小時血藥濃度達峰值，為16.7μg/ml。劑量加倍，血藥濃度亦倍增。本品耐酸穩定，口服后吸收良好，30～33%可在腸道吸收；空腹口服本品1g，血藥峰濃度于0.5～l小時到達，為11.7μg/ml。食物可影響本品在胃腸道的吸收。3小時內靜脈滴注苯唑西林鈉 250mg，滴注結束時的平均血漿濃度為9.7μg/ml，2小時后0.16μg/ml。新生兒肌注本品20mg/kg后，8～15天和20～21天新生兒血藥峰濃度(平均)分別為51.5和47.0μg/ml。
苯唑西林在肝、腎、腸、脾、胸腔積液和關節腔液均可達有效治療濃度，腹水中濃度低，痰中的濃度為 0.3～14.5μg/g(平均為2.1μg/g)。本品難以透過正常血腦屏障。蛋白結合率很高，約93%。正常健康人T1/2為 0.5～0.7小時；8～15天和 20～21天新生兒的T1/2分別為 1.6和1.2天。本品約 49%(500mg)由肝臟代謝，通過腎小球濾過和腎小管分泌，自腎臟排出體外。肌內注射和口服給藥在尿中排出量分別為 40%和 23～30%，10～23%尿中排出的藥物為代謝產物。
囊腫性纖維化病人的腎小管分泌功能增強，其清除雙氯西林的速率較正常人快 3倍，因此其血藥濃度相當低。以苯唑西林等異惡唑組青霉素治療此種病人時，劑量應加大，而且需監測血藥濃度。
苯唑西林可經膽汁排泄，苯唑西林的膽汁排泄量較其他異惡唑組青霉素者為多。血液透析和腹膜透析皆不能消除苯唑西林。