Paula Patton a grandi à Los Angeles et a étudié à la Hamilton School for the Performing Arts.
Passionnée par le cinéma depuis son plus jeune âge, elle a été choisie alors qu’elle était au lycée pour être l’un des quatre jeunes réalisateurs de la série documentaire « The Ride », une émission télé qui les suivait alors qu’ils réalisaient leurs documentaires sur la vie en Amérique.
Après sa première année d’université à UC Berkeley, Paula Patton est allée à l’USC Film School. Son diplôme
obtenu, elle a débuté comme assistante de production. Elle a ensuite gravi les échelons pour tourner
et produire le programme « Medical Diaries » pour Discovery Channel. Elle s’est ensuite orientée vers le
métier d’actrice et a pris des cours d’art dramatique avant d’entamer sa carrière d’actrice professionnelle.
Paula Patton a joué dans le thriller de Tony Scott Déjà vu, avec Denzel Washington. Elle a été saluée en 2006 pour le rôle principal de la comédie musicale Idlewild gangsters club. Ce film qui se déroule à l’époque de la Prohibition est réalisé par Bryan Barber, et Paula Patton y a pour partenaires Andre Benjamin et Antwan Patton du groupe Outkast, ainsi que Terrence Howard, Ving Rhames et Patti Labelle. Elle a joué précédemment dans Hitch, expert en séduction d’Andy Tennant, avec Will Smith, Eva Mendes et Kevin James. En 2008, on la retrouve dans le thriller Mirrors.