Né le 2 novembre 1944 à Lézigné, dans le Maine-et-Loire, fils cadet d'un couple de peintres installé à Paris, Patrice Chéreau découvre très tôt le théâtre au lycée Louis-le-Grand, situé à quelques mètres de la Cinémathèque française où il voit M le Maudit de Fritz Lang une quinzaine de fois. À seulement vingt-deux ans, en 1966, il prend la direction du théâtre de Sartrouville, où il affiche des mises en scène résolument politiques, avant de rejoindre le Théâtre national populaire de Villeurbanne aux côtés de Roger Planchon. Sa renommée internationale s'installe véritablement en 1976, lorsque Pierre Boulez lui confie la mise en scène de la Tétralogie de Wagner au festival de Bayreuth, une production restée dans l'histoire de l'art lyrique. Au cinéma, après des débuts jugés trop théâtraux avec La Chair de l'orchidée en 1974 et Judith Therpauve en 1978, il s'impose véritablement avec L'Homme blessé en 1983, récit d'une passion homosexuelle coécrit avec Hervé Guibert, qui lui vaut le César du meilleur scénario. De 1982 à 1990, il dirige le théâtre des Amandiers de Nanterre, où il révèle l'œuvre de Bernard-Marie Koltès, avant de se consacrer à la préparation de son chef-d'œuvre cinématographique, La Reine Margot, sorti en 1994 et récompensé du prix du jury à Cannes. Il enchaîne avec Ceux qui m'aiment prendront le train en 1998, qui lui vaut le César du meilleur réalisateur, puis Intimité en 2001, Son frère en 2003, Gabrielle en 2005 et enfin Persécution en 2009, son dernier film, présenté à la Mostra de Venise. Il préside le jury du festival de Cannes en 2003 et meurt d'un cancer du poumon le 7 octobre 2013 à Clichy, quelques mois après avoir mis en scène un opéra de Richard Strauss à Aix-en-Provence.
Sensibilisé très jeune à l'art par ses parents peintres, Chéreau développe une passion précoce pour le dessin et la mise en scène, qu'il pratique dès le collège en dirigeant ses camarades pendant la récréation. Sa découverte adolescente du cinéma d'Orson Welles, en particulier Citizen Kane et Mr. Arkadin, et la révélation que Welles fut d'abord un homme de théâtre, achèvent de le convaincre de mener de front les deux disciplines. Héritier revendiqué de Bertolt Brecht pour la distanciation et l'art engagé, et d'Antonin Artaud pour l'idée d'un théâtre de la cruauté, il puise également dans le cinéma de Luchino Visconti, dont Le Guépard influence directement sa mise en scène de la Tétralogie de Wagner à Bayreuth.
Le cinéma de Chéreau conserve du théâtre l'unité de lieu et de temps, mais s'attache à mettre en valeur des émotions picturales et charnelles que la scène ne pouvait contenir. Son œuvre se partage entre grandes fresques à spectacle, comme La Reine Margot, où la violence sourde de l'Histoire menace d'exploser à tout instant, et films d'auteur intimistes portés par les thèmes du désir, de la folie et de la mort. Il met en scène les corps avec une intensité rare, refusant l'académisme des reconstitutions historiques pour revendiquer, sur La Reine Margot, une filiation avec le film de gangsters à l'américaine.
Patrice Chéreau reçoit le César du meilleur scénario en 1984 pour L'Homme blessé, puis le César du meilleur réalisateur en 1999 pour Ceux qui m'aiment prendront le train, qui obtient également le César de la meilleure photographie et du meilleur second rôle féminin. La Reine Margot est récompensée du prix du jury au Festival de Cannes en 1994, où Virna Lisi obtient également le prix d'interprétation féminine, avant de remporter cinq César, dont celui de la meilleure actrice pour Isabelle Adjani. Intimité lui vaut l'Ours d'or au Festival de Berlin en 2001 ainsi que le prix Louis-Delluc, tandis que Kerry Fox y obtient le prix d'interprétation. Au théâtre, il reçoit quatre Molière au cours de sa carrière, dont celui du meilleur spectacle du théâtre public en 1992 pour Le Temps et la chambre.
Chéreau écrit le scénario de La Reine Margot et de Ceux qui m'aiment prendront le train avec la scénariste Danièle Thompson, tandis que L'Homme blessé est coécrit avec l'écrivain Hervé Guibert. Le décorateur Richard Peduzzi, l'éclairagiste André Diot et le costumier Jacques Schmidt l'accompagnent dès ses débuts au théâtre. Le comédien Pascal Greggory devient son acteur fétiche au cinéma, tout comme Dominique Blanc, révélée par sa mise en scène de Peer Gynt en 1982. À l'opéra, il collabore de façon suivie avec les chefs Pierre Boulez et Daniel Barenboim.
Le désir, dans toute sa violence et son ambiguïté, souvent homosexuel ou transgressif, constitue le cœur battant de son œuvre, de L'Homme blessé à Intimité. La violence de l'Histoire et des rapports de pouvoir, qu'ils soient politiques ou familiaux, structure des films comme La Reine Margot et Son frère. La mort et le deuil, enfin, traversent en profondeur Ceux qui m'aiment prendront le train, dont le point de départ narratif est un enterrement, jusqu'à son ultime film, Persécution.