Né le 13 janvier 1966, jongleur et magicien amateur, le jeune Patrick Dempsey trouve rapidement le chemin de la scène pour s'adonner à la comédie. Après s'être formé dans une troupe locale de son état natal du Maine, l'acteur s'illustre dans une représentation à San Francisco au début des années 80, puis part en tournée pendant un an dans la production "Brighton Beach Memoirs". L'année 1985 marque sa première apparition au cinéma dans la comédie Heaven Help Us avec Donald Sutherland.
Après une excursion sur le petit écran l'année suivante dans la courte série Fast Times (1986), Patrick Dempsey consacre en grande partie la suite de sa carrière aux longs métrages. Il multiplie les rôles et les comédies en incarnant successivement un lycéen en quête de popularité (L'Amour ne s'achète pas, 1987), un livreur de pizza (Loverboy, 1989), et un frère rebelle (Coupé de Ville, 1990). En 1991, il remonte au New York du début du siècle pour se glisser dans la peau du gangster Meyer Lansky, le partenaire de Christian Slater dans Les Indomptés, avant d'enquêter sur les meurtres de Scream 3 (2000) sous la direction de Wes Craven. Deux ans plus tard, il séduit Reese Witherspoon dans la comédie romantique Fashion Victime (2002).
Patrick Dempsey connaît également beaucoup de réussite à la télévision. En 1993, il fait une interprétation remarquée du futur président Kennedy dans la mini-série de ABC, JFK : Reckless Youth. Quelques téléfilms plus tard, il incarne des personnages récurrents dans Deuxième Chance (2000), Will & Grace (2001) et The Practice (2004). Il est engagé au Seattle Grace Hospital en 2005 dans la série révélation de l'année sur ABC, Grey's Anatomy. Il y interprète le séduisant Dr Derek Shepherd qui ne laisse pas indifférente l'interne Meredith Grey, rôle interprété par Ellen Pompeo.
En 2007 il joue dans le film Il était une fois... dans le rôle de l'avocat Robert Philip au côté d'Amy Adams.
Il a été choisi par Versace pour incarner le "visage" masculin de la prochaine collection printemps/été de la marque italienne.
Marié une première fois en 1987 à Rocky Parker, la mère de son meilleur ami. A l'époque du mariage, il avait 21 ans et Rocky 48 ans. Ils divorceront en 1994.
Il a épousé le 31 juillet 1999 la styliste Jill Fink. Ils ont trois enfants : une fille, Talula Fyfe (née le 20 février 2002 à Los Angeles) et des jumeaux, Sullivan Patrick et Darby Galen (nés le 1er février 2007 à Los Angeles). Le couple réside dans la région de Los Angeles avec leurs trois enfants.
Les 13 et 14 juin 2009, Patrick Dempsey a vécu, de l'intérieur, la plus grande course automobile du monde en participant aux 24 Heures du Mans au volant de la Ferrari F430 (n°81) du Team Seattle Advanced Engineering, dans le but de récolter des fonds pour le Seattle Children's Hospital et l'association française Mécénat Chirurgie Cardiaque. Ces deux associations ont pour buts d'aider les enfants souffrant de malformations cardiaques, l'une aux États-Unis et l'autre en France. La voiture a terminée 30ème sur 34 voitures classées à l'arrivée (et 55 au départ), et l'équipe a réussi à réunir près de $250 000 pour le Seattle Children's Hospital et 70 000€ pour Mécénat Chirurgie Cardiaque1.
Il refuse de reprendre le rôle de l'inspecteur Mark Kincaid dans Scream 4 pour jouer dans Transformers 3. Filmographie1985 : Haven Help Us : Corbet
1985 : The Stuff : Drug (Stuff) buyer #2
1986 : Fast Times (série TV) : Mike Damone
1986 : A Fighting Choice (TV) : Kellin Taylor
1987 : Meatballs III: Summer Job : Rudy
1987 : L'Amour ne s'achète pas : Ronald Miller
1987 : In the Mood : Elsworth 'Sonny' Wisecarver / Narrator
1988 : In a Shallow Grave : Daventry
1988 : Some Girls : Michael
1989 : Loverboy : Randy Bodek
1989 : Happy Together : Christopher Wooden
1990 : Coupe de Ville : Robert 'Bobby' Libner
1991 : Merry Christmas Baby (TV)
1991 : Run : Charlie Farrow
1991 : Mobsters : Meyer Lansky
1993 : For Better and for Worse (TV) : Robert Faldo
1993 : Face the Music : Charlie Hunter
1993 : J.F.K.: Reckless Youth (feuilleton TV) : John F. Kennedy
1993 : Bank Robber : Billy
1994 : Ava's Magical Adventure : Jeffrey
1994 : With Honors : Everett Calloway
1995 : Bloodknot : Tom'
1995 : Outbreak : Jimbo Scott
1996 : The Right to Remain Silent (TV) : Tom Harris
1996 : A Season in Purgatory (TV) : Harrison Burns
1997 : The Player (TV) : Griffin Mill
1997 : Odd Jobs (TV)
1997 : The Escape (TV) : Clayton
1997 : 20,000 Leagues Under the Sea (TV) : Pierre Arronax
1997 : Chaude journée à Los Angeles (Hugo Pool) : Floyd Gaylen
1998 : Denial : Sam
1998 : The Treat : Mike
1998 : Crime and Punishment (TV) : Rodya Raskolnikov
1998 : There's No Fish Food In Heaven : The Stranger
1998 : Jeremiah (TV) : Jeremiah
1999 : Me and Will : Fast Eddie
1999 - 2002 : Once and again : Aaron
2000 : Scream 3 : Det. Mark Kincaid
2000 : Will & Grace (Saison 3) : Matthew
2001 : Chestnut Hill (TV) : Michael Eastman
2001 : Blonde (feuilleton TV) : Cass
2002 : Corsairs (série TV)
2002 : Rebellion : Tyler Rae
2002 : The Emperor's Club : Older Louis Masoudi
2002 : Fashion victime : Andrew Hennings
2003 : L'homme de ma vie (TV) : Peter Connor
2003 : Karen Sisco (Saison 1) : Carl
2003 : Lucky 7 (TV) : Peter Connor
2004 : Iron Jawed Angels (TV) : Ben Weissman
Depuis 2005 : Grey's Anatomy (TV) : Dr Derek Shepherd
2007 : Écrire pour exister (Film) Scott Casey
2007 : Il était une fois (Film) : Robert Philip ("Enchanted" en anglais)
2008 : Le Témoin amoureux (Film) : Thomas Bailey ("Made of Honor" en anglais)
2009 : Private Practice (série TV) : Dr Derek Shepherd
2010 : Valentine's Day : Harrison Copeland
2011 : Flypaper
2011 : Transformers 3
ProjetsThe Art of Racing in the Rain
Enchanted 2
Untitled