Su padre, Albert Modiano (1912-1977) era descendiente de una familia de judíos italianos que se habían instalado en Salónica, desde donde emigraron a París.2 Su madre era la actriz belga Louisa Colpijn, también conocida como Louisa Colpeyn. Ambos se conocieron durante la ocupación alemana de Francia, tuvieron que ocultarse y se casaron en noviembre de 1944. Patrick, nacido en 1945, fue su primer hijo.
La infancia de Modiano estuvo marcada por las continuas ausencias de su padre, empresario que hacía frecuentes viajes al extranjero, y de su madre, con frecuencia en gira. Esto hizo que se uniera más a su único hermano, Rudy (nacido en 1947 y muerto prematuramente, en 1957). La muerte del hermano (a quien dedicaría después todas sus obras publicadas entre 1967 y 1982) supuso el final de la infancia del futuro escritor.
Estudió en la École du Montcel, en Jouy-en-Josas, en el Collège Saint-Joseph de Thônes en Haute-Savoie, y en el Liceo Enrique IV de París. Durante su permanencia en este último centro educativo, recibió clases particulares de Geometría del escritor Raymond Queneau, que era amigo de su madre.3 Terminó su bachillerato en Annecy, pero no inició estudios superiores.
Su encuentro con Queneau, miembro fundador del Oulipo y autor de Zazie en el metro, fue crucial para su posterior carrera literaria. Modiano publicó su primera novela, El lugar de la estrella, en 1968 con la Editorial Gallimard, tras haber leído su manuscrito a Raymond Queneau.3 Desde ese momento se dedicó únicamente a la escritura.
El 12 de septiembre de 1970 Modiano se casó con Dominique Zerhfuss, nacida en Túnez. Queneau actuó como testigo en la boda.3 El matrimonio ha tenido dos hijas, Zina (1970), cuyo registro oficial describe en Libro de familia, y Marie (1978).
Destacado autor de su generación, con Pascal Quignard, Pierre Michon o Le Clézio, ha llevado como ellos una vida muy independiente y encerrada en su trabajo.
El 9 de octubre de 2014 recibe el Premio Nobel de Literatura.