Patricia Arquette se narodila 8. dubna 1968 v Chicagu, Illinois, do herecké rodiny. Její otec, Lewis Arquette, byl herec a scenárista, a matka, Brenda Denault, herečka a učitelka dramatu. Vyrůstala s pěti sourozenci – Rosannou, Richmondem, Alexis (dříve Robert) a Davidem – z nichž se všichni stali herci. Dětství Patricie bylo poznamenáno častým stěhováním a nekonvenčním životním stylem, rodina žila například v komunitě Skupina ve Virginii. Zpočátku neměla v úmyslu jít ve šlépějích svých rodičů a sourozenců; spíše ji lákala kariéra zdravotní sestry. Nakonec však zvítězila touha po uměleckém vyjádření, a ve svých osmnácti letech se přestěhovala do Los Angeles, aby se věnovala herectví.
Její herecká kariéra začala koncem 80. let. První výraznější roli získala v roce 1987 v hororu „A Nightmare on Elm Street 3: Dream Warriors“, kde ztvárnila Kristen Parker. Tato role jí otevřela dveře do filmového průmyslu. Během následujících let se objevovala v menších, ale zapamatovatelných rolích, které jí pomohly vybudovat reputaci talentované herečky. V roce 1991 si zahrála ve filmu „The Indian Runner“, režijním debutu Seana Penna, který byl kritiky dobře přijat a upevnil její postavení v nezávislé kinematografii. Skutečný průlom a širší uznání přišlo v roce 1993 s filmem „True Romance“, kde ztvárnila postavu Alabama Whitman. Film režíroval Tony Scott podle scénáře Quentina Tarantina a Arquette v něm předvedla silný a charismatický výkon, který ji představil globálnímu publiku.
Po úspěchu „True Romance“ se Patricia Arquette stala žádanou herečkou, která se nebála experimentovat s různými žánry a spolupracovat s vizionářskými režiséry. V roce 1994 se provdala za herce Nicolase Cage. Mezi její významné filmy z této dekády patří například komedie „Flirting with Disaster“ (1996) od Davida O. Russella. Jednu z jejích nejkomplexnějších rolí přinesl rok 1997, kdy si zahrála ve snímku „Lost Highway“ režiséra Davida Lynche. Zde ztvárnila dvě odlišné postavy, Renée Madison a Alice Wakefield, a prokázala schopnost ponořit se do psychologicky náročných charakterů. V roce 1998 se s Nicolasem Cagem rozvedla. Konec 90. let jí přinesl další výrazné role v hororu „Stigmata“ (1999) a dramatu „Bringing Out the Dead“ (1999), kde se po boku Nicolase Cage objevila pod taktovkou Martina Scorseseho.
Po úspěšné filmové dekádě se Patricia Arquette na začátku nového tisíciletí začala více zaměřovat na televizní projekty. Zlomová role v její kariéře přišla v roce 2005, kdy získala hlavní roli v seriálu „Medium“. Zde ztvárnila Allison DuBois, ženu, která má psychické schopnosti a pomáhá policii řešit zločiny. Seriál se vysílal až do roku 2011 a Arquette si za svůj výkon vysloužila velký ohlas. Již v roce 2005 byla oceněna cenou Emmy za nejlepší herečku v hlavní roli v dramatickém seriálu. Získala také nominace na Zlatý glóbus a Cenu Sdružení filmových a televizních herců (SAG). V roce 2006 se provdala za herce Thomase Janea, s nímž má dceru Harlow.
Mezi lety 2002 a 2014 se Patricia Arquette podílela na unikátním filmovém projektu „Boyhood“ režiséra Richarda Linklatera. Film se natáčel po dobu dvanácti let se stejnými herci a sledoval dospívání chlapce Masona. Arquette v něm ztvárnila roli Olivie Evans, Masonovy matky, která se snaží navigovat životem plným výzev, výchovy dětí a hledání osobního štěstí. Když byl film uveden v roce 2014, okamžitě si získal obrovský ohlas kritiků. Za svůj výkon v „Boyhood“ získala Patricia Arquette řadu prestižních ocenění, včetně Oscara za nejlepší herečku ve vedlejší roli, Zlatého glóbu, ceny BAFTA a ceny SAG. Tento úspěch potvrdil její výjimečný herecký talent a přinesl jí celosvětové uznání.
Po úspěchu „Boyhood“ se Patricia Arquette vrátila k intenzivní práci v televizi, kde si vybírala komplexní a náročné role. V letech 2015–2016 si zahrála hlavní roli agentky Avery Ryan v seriálu „CSI: Cyber“. Její další televizní projekty jí přinesly další významná ocenění. V roce 2018 ztvárnila roli Joyce „Tilly“ Mitchell v minisérii „Escape at Dannemora“, kterou režíroval Ben Stiller. Za tento výkon získala Zlatý glóbus a nominaci na cenu Emmy. Následovala role Dee Dee Blanchard v minisérii „The Act“ (2019), za kterou byla opět oceněna cenou Emmy a dalším Zlatým glóbem. Patricia Arquette si i nadále vybírá projekty, které jí umožňují zkoumat hluboké lidské charaktery, a zůstává aktivní jak ve filmu, tak v televizi.
Patricia Arquette má dvě děti: syna Enza Rossiho, jehož otcem je hudebník Paul Rossi, a dceru Harlow Olivii Calliope Jane, kterou má s hercem Thomasem Janem. S Thomasem Janem se rozvedla v roce 2011. V roce 2016 přišla o bratra Alexise Arquetta. Kromě herectví je Patricia Arquette známá svou aktivní angažovaností v sociálních a politických otázkách. Dlouhodobě se zasazuje za rovnoprávnost žen, například boj za stejnou odměnu za práci, a podporuje různé humanitární a ekologické iniciativy.