Patricia T. Arquette nació en Chicago, Illinois el 8 de abril de 1968. Hija del actor, guionista y productor televisivo Lewis Arquette y de la actriz Brenda Denaut, y hermana de Rosanna Arquette, David Arquette, Alexis Arquette y Richmond Arquette, todos ellos actores.
Al cumplir 15 años se fue a vivir con su hermana mayor Rosanna, y tras su inseguridad inicial empezó a trabajar en el mundo del espectáculo a los 18 años, en 1986. Un año más tarde llamó la atención por su rol en «Pesadilla en Elm Street 3: Guerreros del Sueño», a menudo considerado el mejor film de la serie, superando a sus dos antecesoras (gracias en parte a la labor del director Chuck Russel y del guonista Frank Darabont).
En 1989, tuvo su primer hijo, Enzo, fruto de su relación con el músico Paul Rossi. A continuación trabaja a las órdenes de Sam Shepard en «Norte Lejano», al que siguen pequeños papeles en películas menores y en algunas series televisivas. Durante los primeros años de la década de los noventa alterna, igualmente, papeles de todo tipo, destacando «Extraño vínculo de sangre», de Sean Penn, en 1991, y «Ethan Frome», en 1993.
Su carrera como actriz despega gracias a películas como «Amor a quemarropa» («True Romance»), «Ed Wood» de Tim Burton, «Carretera Perdida», «Mas allá de Rangún» («Beyond Rangoon»), «Agente secreto» («The Secret Agent»), «La sombra de la noche» («Nightwatch»), «Hi-Lo Country» («The Hi-Lo Country»), «Flirteado con el desastre» («Flirting with Disaster») o «Al límite» («Bringing out the dead»). Ganó un premio CableACE en 1991 por su interpretación de una sorda epiléptica en «Wildflower».
La actriz estuvo casada con el también actor Nicolas Cage desde 1995 hasta 2001. En 1997, su madre falleció de cáncer de mama, y Patricia lidera desde entonces proyectos que luchan contra esta enfermedad. En 2003 tuvo su segundo hijo, Harlow Olivia, con otro actor, Thomas Jane, con el que contrajo matrimonio en 2006 y del que solicitó el divorcio en enero de 2009, pero el 9 de julio del mismo año, Arquette decidió darle otra oportunidad a su matrimonio, retirando la solicitud de divorcio, aunque finalmente se divorciaría en junio de 2011. En 2006 protagoniza «Fast food nation» y hasta 2011 trabaja en la serie «Medium». En 2013 es una de las intérpretes de la serie crada por Martin Scorsese «Boardwalk Empire».
En 2015 gana el Oscar a la Mejor Hacriz por «BoyHood (Momentos de una vida)» que rueda junto al director Richard Linkater y un reducido grupo de actores, una semana durante 12 años, mostrando la evolución de la vida de una familia y sus cambios físicos. En sus palabras de agradecimiento, la actriz, reivindicativa, denuncia la desigualdad laboral entre hombres y mujeres.
Tras el Oscar se incorpora a la serie «CSI: Cyber», nueva franquicia de la saga «CSI», en la que la actriz se mete en la piel de la agente especial Avery Ryan que está al mando de la División de Delitos Cibernéticos del FBI, una unidad que se encarga de perseguir las actividades ilegales que nacen en la mente, viven en la Red y se desarrollan en el mundo real y está situada en Quantico, Virgina.
