Paula Patton nasceu em Los Angeles, Califórnia, para Joyce (Vanraden) e Charles Patton. Seu pai é afro-americano e sua mãe, que é caucasiana, tem ascendência alemã, inglesa e holandesa. Sua família morava do outro lado da rua do lote da 20th Century Fox quando estava crescendo e era fã de filmes de seus primeiros anos. Sua mãe, que também apreciava bons filmes, era professora de escola e seu pai era advogado. Paula afirma que, quando menina, ela escaparia "fingindo ser outra pessoa", então não foi uma surpresa que ela tenha atuado em colegiais na Hamilton Magnet High School. Seu papel favorito era o de "Abigail" em "The Crucible". No entanto, ela passou a estudar cinema na Universidade do Sul da Califórnia em um programa de verão e ganhou uma tarefa de 3 meses fazendo documentários para a PBS. Isso a levou a trabalhar como assistente de produção de documentários de TV e também para o talk show de Howie Mandel. Ela progrediu para a produção de segmentos de documentários para o Medical Diaries (2000) exibido no Discovery Health Channel. Paula agora professa que ela gostou do que estava fazendo, mas seu sonho permaneceu o mesmo de quando ela era pequena, então ela teve aulas de atuação e mudou de marcha para se tornar uma artista. Ela foi quase imediatamente bem-sucedida e, em três anos, desempenhou papéis importantes, Hitch (2005) e Idlewild (2006) e a liderança feminina em Deja Vu (2006), contracenando com Denzel Washington.
