Regista cinematografico, teatrale e di opere liriche, attore, assistente di Strehler da giovanissimo, Patrice Chereau è stato co-direttore del Théâtre National Populaire di Villeurbanne e direttore per quasi dieci anni del Théâtre des Amandiers di Nanterre. Ha portato in scena Shakespeare, Wedekind, Wagner, Janacek, esordendo dietro la macchina da presa nel 1975 con il noir tratto da J.H. Chase Un'orchidea rosso sangue. Nel 1985, dopo aver firmato la regia del torbido L'homme blessé (1982), con Vittorio Mezzogiorno, interpreta Napoleone in un'insolita pellicola sulla Campagna d'Egitto vista dalla parte degli arabi, Adieu Bonaparte del maestro egiziano Youssef Chahine.
Ma è il 1994 l'anno della consacrazione, quando realizza il maestoso La regina Margot, Premio della Giuria a Cannes e premio per la migliore interpretazione femminile per Virna Lisi. In seguito, nel 2001, vince il Festival di Berlino con lo scandaloso e discusso Intimacy - Nell'intimità (2000), film caratterizzato da un crudo realismo in cui analizza le contraddizioni della natura umana, osservando la relazione sessuale tra un uomo e una donna. Successo indiscusso è invece Son frère, opera struggente che si aggiudica l'Orso d'argento a Berlino nel 2003. Arriva poi il turno della Mostra del Cinema di Venezia: nel 2005 porta in laguna il film da camera Gabrielle con Isabelle Huppert, e nel 2009 il dramma sulla gelosia Persécution, con Romain Duris e Charlotte Gainsbourg.
Chéreau è stato anche attore in alcuni film, tra cui L'ultimo dei Mohicani di Michael Mann, nel 1992, e Il tempo dei lupi di Michael Haneke, nel 2003. Nell'aprile 2008 è stato insignito del Premio Europa per il Teatro.
Mentre stava lavorando all'adattamento del romanzo di Laurent Mauvignier "Des Hommes", è morto nell'ottobre del 2013, all'età di 68 anni, a causa del cancro polmonare di cui soffriva da tempo.