Patrizia von Brandenstein nasce nel 1943 in Arizona, figlia di emigranti russi. Per due anni vive a Parigi lavorando come tecnico apprendista in un programma per bambini alla Comédie Francaise. Successivamente si trasferisce a New York per studiare arte. Nel corso degli anni Sessanta lavora, tra gli altri, all'Actors Studio, al Public Theatre e nel teatro sperimentale La MaMa come artista scenica, attrezzista e sarta. Dal 1966, e per 5 anni, diventa designer di scene e costumi all'American Conservatory Theater di San Francisco, dove incontra il suo futuro marito, il direttore artistico Stuart Wurtzel.
Nel 1972, Patrizia von Brandenstein è stata accreditata per la prima volta come arredatore ne Il Candidato. Col passare degli anni lavora come costumista in Between the Lines (1977), La febbre del sabato sera (1977) e altri. Ben presto intraprende la carriera della direzione artistica e con Ragtime (1981) di Milos Forman, affresco autorale sul ragtime (caratteristica musica jazz americana) e sulla situazione razziale nella New York dei primi del Novecento, la von Brandenstein ottiene la sua prima candidatura agli Oscar. Dall'inizio degli anni Ottanta il suo lavoro come direttore artistico ha fortemente influenzato l'aspetto visivo di molti film. Uno dei suoi primi lavori è Heartland (1979) che vince l'Orso d'Oro a Berlino nel 1980, a cui fa seguito Silkwood nel 1982, diretto da Mike Nichols - con il quale aveva realizzato anche Una donna in carriera (1988) e Cartoline dall'inferno (1990).
È stata un'altra collaborazione con Milos Forman nel film Amadeus (1984) a meritarle la sua prima vittoria all'Oscar. In seguito ha lavorato con Forman anche per Larry Flynt - oltre lo scandalo (1996), Man on the Moon (1999) e L'ultimo inquisitore (2006). Patrizia von Brandenstein è stata direttore artistico in molti altri film di grande successo tra cui Chorus Line (1985), Gli intoccabili (1987), Sei gradi di separazione (1993), Soldi sporchi (1998) and Codice Mercury (1998).