Patricia Neal, a atriz ganhadora do Oscar e do Tony, nasceu Patsy Louise Neal em Packard, Kentucky, onde seu pai administrava uma mina de carvão e sua mãe era filha do médico da cidade. Ela cresceu em Knoxville, Tennessee, onde cursou o ensino médio. Ela foi atingida pela primeira vez aos 10 anos de idade, depois de assistir a uma noite de monólogos em uma igreja metodista. Posteriormente, ela escreveu uma carta ao Papai Noel, dizendo-lhe: "O que eu quero no Natal é estudar teatro". Ela ganhou o Tennessee State Award por leitura dramática enquanto estava no colégio.
Ela foi aprendiz no Barter Theatre em Abingdon, Virginia, quando tinha 16 anos, entre o primeiro e o último ano do ensino médio. Depois de estudar teatro por dois anos na Northwestern University, ela foi para a cidade de Nova York e conseguiu o emprego como substituta em The Voice of the Turtle (1947). Foi o produtor da peça que a fez mudar o nome de Patsy Louise para Patricia. Depois de substituir Vivian Vance na companhia de turismo "Turtle", ela ganhou um papel em uma peça que fechou em Boston e depois apareceu no estoque de verão. Ela ganhou o papel da adolescente "Regina" na peça de Lillian Hellman, Outra Parte da Floresta (1948), pelo qual ganhou um Tony Award em 1947. Posteriormente, ela assinou um contrato de sete anos com a Warner Bros.
Na primeira parte de sua carreira no cinema, seus papéis mais impressionantes foram em The Fountainhead (1949), ao lado de Gary Cooper, com quem ela teve um caso de amor de três anos, e no clássico de ficção científica do diretor Robert Wise, O Dia do Earth S Standing Still (1951), que ela fez na 20th Century-Fox. Warners não tinha ficado muito feliz com ela e a dispensou antes de seu contrato terminar, então ela assinou com a Fox. Com sua carreira cinematográfica estagnada, ela voltou à Broadway e alcançou o sucesso que a iludiu no cinema, aparecendo na revivificação da peça de Hellman, The Children's Hour (1961), em 1952. Ela conheceu e se casou com o escritor Roald Dahl, em 1953 e eles teriam cinco filhos em 30 anos de casamento.
Em 1957, ela teve um de seus melhores papéis na parábola de Elia Kazan sobre a ameaça de demagogia da mídia de massa e o fascismo local em A Face in the Crowd (1957). Antes de ela aparecer no filme, Neal assumiu o papel de "Maggie" em Gato em Teto de Zinco Quente, de Tennessee Williams (1958), o sucesso da Broadway dirigido por Kazan. Voltando ao palco, ela apareceu na produção londrina de Williams 'Suddenly, Last Summer (1959) e co-estrelou com Anne Bancroft na produção da Broadway de The Miracle Worker (1962).
Depois de aparecer em Breakfast at Tiffany's (1961), ela teve seu melhor papel, como Alma, a governanta, em Hud (1963), ao lado de Paul Newman. O filme foi um sucesso e Neal ganhou o Oscar de Melhor Atriz. Em 1965, ela sofreu uma série de derrames que quase a matou. Ela estava filmando o filme de John Ford, 7 Women (1966), na época, e teve que ser substituída por Anne Bancroft (que mais tarde assumiria um papel que ela recusou, o de "Mrs. Robinson" em The Graduate (1967)) . Neal estava grávida na época.
Ela foi submetida a uma operação de sete horas no cérebro e sobreviveu, dando à luz seu quinto filho. Ela passou por uma reabilitação supervisionada pelo marido. Ela recusou o The Graduate (1967) porque não havia se recuperado totalmente do derrame. Quando voltou às telas, em 1968, em The Subject Was Roses (1968), sofria de problemas de memória. Segundo seu diretor, Ulu Grosbard, "O elemento memória era o incerto. Mas quando começamos a filmar, ela atingiu seu nível máximo. Ela realmente está à altura do desafio. Ela tem grande alcance, ainda mais agora do que antes".
Ela recebeu uma indicação ao Oscar por seu trabalho. Posteriormente, novos papéis de atuação iguais ao seu talento foram esparsos. Ela recebeu três indicações ao Emmy, a primeira por ter originado o papel de "Olivia Walton" no filme de TV de 1971 The Homecoming: A Christmas Story (1971), que deu origem ao programa de TV The Waltons (1972).
Patricia Neal morreu em 9 de agosto de 2010 em Edgarton, Massachusetts, de câncer de pulmão. Ela tinha 84 anos.