Engelsmannen, som inledde dagen ett slag bakom Andrew Wilson, som ledde över natten, gick den sista rundan på 70 slag, två under par, i utmanande förhållanden, och gick rundorna 65-68-69 för att nå 16 under par för veckan. Han slutade fyra slag före italienaren Lorenzo Scalise och amerikanen Julian Suri som delade andraplatsen på 12 under par.
25-åringen klättrar 42 placeringar till 19:e plats på Road to Mallorca Rankings med bara fyra tävlingar kvar av säsongen. Eftersom topp 20 efter säsongsavslutningen Rolex Challenge Tour Grand Final som stöds av R&A säkrar uppflyttning till DP World Tour, var han glad över att vinna vid en så viktig tidpunkt på året.
"Jag tror inte att jag inser vad jag just har uppnått", sa han. "Jag är helt upprymd. Det känns som att mitt spel har utvecklats i rätt riktning under en längre tid.
"Jag känner att jag är en mycket bättre spelare i år än jag var förra året, men resultaten visade inte det. Man vinner inte mycket i golf, men när man gör det finns det ingen bättre känsla.
"Att avancera till DP World Tour är vad jag spelar för. Om du kan vinna på Challenge Tour, kan du vinna på DP World Tour enligt min mening.
"För fem veckor sedan låg jag på 84:e plats på rankingen och jag var lite orolig när jag tänkte på mitt kort och vad jag skulle göra. Jag var tvungen att fortsätta säga till mig själv att inte tänka så, utan att se framåt och här är vi nu."
Penge började dagen ett slag från ledningen och trots en bogey på det tredje hålet, gjorde han back-to-back birdies på det 6:e och 7:e hålet och tog sig upp i ledningen för första gången. Han utökade ledningen med en birdie på 10:e hålet och de jagande kunde inte hålla jämna steg. En bogey på hål 15 följde men en birdie på hål 17 säkrade en första titel.
Engelsmannens seger kommer som en del av en minnesvärd tremånadersperiod som också har sett honom gifta sig och spela i The 151st Open på Royal Liverpool. Han tror att det andra framträdandet i rad i The Open hjälpte honom att förbereda sig för att dra fördel när han är i ledningen.
Credits: Tillhandahålls Bild;
"När jag spelade i The Open förra året var jag så nervös och kämpade verkligen mentalt", tillade han. "I år missade jag cutten men jag kom tillbaka och var så nöjd med hur jag hanterade mig själv, och det hjälpte mig här idag.
"Jag har jobbat väldigt hårt med min tränare på den mentala sidan av spelet. Golf är en ständig kamp och du tänker allt möjligt när du är i position att vinna, men att faktiskt göra det är speciellt."
Sex spelare slutade på en delad fjärdeplats på 11 under par, däribland Andrew Wilson och James Allan från England, walesarna Oliver Farr och Stuart Manley, spanjoren Manuel Elvira och fransmannen Félix Mory.
Ugo Coussaud återvänder till toppen av Road to Mallorca-rankingen på 1 161 poäng med en 29:e plats i Portugal, Scalise klättrar till tredje plats och Elvira till fjärde, medan Manley flyttar upp en plats till tionde.
Nästa stopp på Road to Mallorca är Swiss Challenge, som äger rum den 21-24 september på Golf Saint Apollinaire i Frankrike. DP World Tour