Paula Maxine Patton nació el 5 de diciembre de 1975 en Los Ángeles, California, EEUU se graduó de Alexander Hamilton High School, y luego comenzó sus estudios superiores en la Universidad de California, Berkeley, se transfirió a la Escuela de Cine de la Universidad del Sur de California después de su primer año, donde se graduo Cum Laude. Poco después de completar sus estudios, ganó un trabajo de tres meses realizando documentales para PBS. En esta etapa fue seleccionada con otros tres jóvenes realizadores para el documental The Ride, de dicha cadena, que seguía a los cuatro directores noveles mientras rodaban un documental sobre los jóvenes en Estados Unidos.

Trabajó de ayudante de producción hasta ser la productora de Medical Diaries, de Discovery Channel. Al acabar el programa, se dio cuenta de su pasión por la interpretación y empezó a tomar clases. Patton hizo su debut cinematográfico en la película de comedia de 2005 Hitch, aunque e su gran salto se produjo en 2006 cuando obtuvo el papel principal femenino de Claire Kuchever en el thriller de ciencia-ficción Déjà Vu dirigida por Tony Scott y que estelarizó junto a Denzel Washington.

Protagonizó Warcraft (2016), basada en la serie de juegos del mismo nombre. También ha sido la protagonista femenina en Misión: Imposible - Protocolo fantasma (2011),  Armados y peligrosos (2013) y Preciosa (2009).

Actualmente vive en Los Ángeles.