Patricia Arquette est la fille de l'acteur comique Lewis Arquette, et la petite-fille de Cliff Arquette.
Elle est la soeur de Rosanna Arquette, David Arquette, Alexis Arquette et Richmond Arquette et la belle-soeur de Courteney Cox Arquette, mariée à son frère David.
Elle a été mariée à Nicolas Cage de 1995 à 2001.
Elle est la mère d'une petite fille nommée Harlow Olivia Calliope, née le 20 février 2003, dont le père est l'acteur Thomas Jane. Elle est aussi la mère d'un garçon Enzo né en 1989 d'une précédente union.
Elle débute en 1986 dans Pretty Smart de Dimitri Logothetis. Un an plus tard, elle attire l'attention pour son rôle dans Les Griffes du cauchemar, considéré comme le meilleur film de la série des Freddy.

Sa carrière est alors véritablement lancée, et elle apparaît dans des films acclamés par la critique comme Stigmata, True Romance, Rangoon, The Hi-Lo Country et À tombeau ouvert.

Elle gagne un CableACE Award en 1991 pour son rôle d'une épileptique sourde dans Wildflower. Nominée aux MTV awards en 1996, elle apparaît à la cérémonie vêtue d'une robe moulante en latex noir. En 1997, après le décès de sa mère atteinte d'un cancer du sein, Patricia s'engage dans la lutte contre cette maladie. En 2005, elle gagne un Emmy Award de la meilleure actrice principale pour son rôle dans la série Médium, diffusée aux États-Unis sur la chaine NBC, et en France sur M6. Elle y joue le rôle d'une médium consultante pour le bureau du procureur.

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