Svoju prvú rolu dostal už v roku 1985. No kým sa Patrick Dempsey v Hollywoode skutočne preslávil, muselo prejsť dlhých dvadsať rokov. Slávu mu priniesol až seriál Klinika Grace v roku 2005. Vďaka úlohe sexi chirurga Dereka Shepherda sa stal miláčikom žien. A jeho meno začali brať na vedomie aj producenti „lepších“ filmov.
V roku 2007 mu rola sexi lekára vyniesla ocenenie People's Choice Award. Na seriálovom pľace si výborne rozumel aj so svojou seriálovou láskou, ktorú stvárňovala herečka Ellen Pompeo (46), na margo ktorej pre Entertainment Weekly povedal: „Chémia medzi nami fungovala magicky od samého začiatku. Za tie roky sme boli čosi ako manželia.“
V reálnom živote bol Dempsey ženatý dva razy, obe manželstvá mu stroskotali. Manželstvo s herečkou Rocky Partner trvalo v rokoch 1987 – 1994. Zaujímavosťou je, že jeho prvá manželka bola od neho staršia o 26 rokov. V roku 1999 povedal druhý raz „áno“, jeho manželkou sa stala Jillian Fink. V januári 2015 manželia ohlásili rozchod, do dnešného dňa ich však oficiálne nerozviedli. Z ich vzťahu pochádzajú dve deti.Dempsey momentálne stojí pred kamerami pokračovania príbehu o Bridget Jonesovej s názvom Bridget Jones's Baby. Prostredníctvom Instagramu povedal: „Je skvelé pracovať v Anglicku. Mám veľkú radosť, že môžem spolupracovať s Renée Zellweger a Colinom Firthom!"
Veľkou vášňou seriálovej hviezdy sú automobilové preteky. Nejde však len o „víkendový koníček“, čo Dempsey dokázal v júni 2015. V legendárnej 24-hodinovke Le Mans obsadil v kategórii amatérov druhé miesto. Na pódiu nenachádzal slová: „Je ťažké vyjadriť slovami, čo pre mňa druhé miesto znamená,“ citoval herca nemecký Bild. „Je to pre mňa neuveriteľný výkon, presne o takýchto okamihoch v živote človek sníva. Počas posledných troch rokov som tvrdo trénoval, aby som niečo takéto dokázal.“