Patrick Modiano blev født d. 30. juli 1945 i Boulogne-Billancourt, en forstad til Paris. Hans mor Louisa Colpijn, der var af belgisk afstamning, arbejdede som skuespillerinde under kunstnernavnet Louisa Colpeyn, mens hans far Albert Modiano, der var af jødisk-italiensk oprindelse, var forretningsmand. Modianos forældre mødte hinanden under Anden Verdenskrig i det dengang besatte Paris og indledte et forhold delvist i smug. Modianos far skjulte sin jødiske baggrund og undgik derfor også at blive sendt i koncentrationslejr. I stedet gjorde han forretninger på det sorte marked; forretninger med tilknytning til Gestapo, der holdt til på Rue Lauriston.
Da Patrick Modiano voksede op, var både hans far og mor meget fraværende. Moderen var på turné, og hans far havde travlt med sine forretninger. Derfor boede Modiano i perioder hos sine bedsteforældre på moderens side. De lærte ham at tale flamsk, hvilket var hans første sprog. Fraværet fra forældrene gjorde også, at den unge Patrick udviklede et tæt forhold til sin bror Rudy. Rudy døde af leukæmi i en alder af ti år, og Modianos tidlige værker er dedikeret til broren.
Som 17-årig brød Patrick Modiano kontakten til sin far, der døde 15 år senere.
Modiano gik i grundskole på École du Montcel i Jouy-en-Josas. Derefter studerede han på Collège Saint-Joseph de Thônes i Haute-Savoie, hvorefter han begyndte på gymnasiet Lycée Henri-IV i Paris. Sideløbende med gymnasiet modtog han privat undervisning i geometri. Han blev undervist af forfatteren Raymond Queneau, der var en ven af hans mor. Efter gymnasiet tog han en bachelorgrad ved Annecy.
Det var Raymond Queneau, der spottede Modianos litterære talent og introducerede ham til den litterære verden. Modiano gjorde ofte Queneau selskab på forlaget Gallimard, og det var på netop dette forlag, Modiano i 1968 udgav sin debutroman ”La Place de l'Etoile”. Siden debutromanen, som blev tildelt prominente priser som ”Le prix Roger-Nimier” og ”Le prix Fénéon”, har Patrick Modiano været forfatter på fuldtid.
Patrick Modiano blev i 1970 gift med Dominique Zehrfuss, som han har to døtre sammen med: Zina Modiano, der er filminstruktør og Marie Modiano, der er skuespiller og sangerinde.
Ud over en meget produktiv karriere som romanforfatter har Patrick Modiano også skrevet børnebøger og filmmanuskripter. Sammen med instruktøren Louis Malle lavede han i 1974 filmen ”Lacombe Lucien”, og i 2003 skrev han manuskript til filmen ”Bon Voyage”. Derudover er to af Modianos bøger blevet omsat til film. Moshé Mizrahis film ”Une jeunesse” (1983) bygger på Modianos roman af samme navn fra 1981, mens Patrice Lecontes film ”Le parfum d’Yvonne” (1994) er en filmatisering af romanen ”Villa triste” (1975).
I 2014 modtog Patrick Modiano Nobelprisen i litteratur for sit forfatterskab. Det Svenske Akademi begrundede tildelingen med følgende ord: ”Patrick Modiano får dette års prestigefulde pris for mindernes kunst, som han bruger til at fremkalde de mest uhåndgribelige menneskelige skæbner samt afdækningen af livet under besættelsen.” (Svenska Akademien: officiel begrundelse).
Prisen vakte en fornyet interesse for hans forfatterskab herhjemme, og i kølvandet fulgte flere danske oversættelser. I dag er ti af hans værker oversat til dansk. Senest romanen ”Usynligt blæk” (2020), mens romanen ”Sovende minder” er planlagt til at udkomme i 2021.