L'esistenza di Patrick Dempsey si può così riassumere: una vita vissuta bruciando tappe, sempre con l'acceleratore premuto. Cresciuto nel Maine, da piccolo soffre di dislessia. Il problema lo spinge a praticare con devozione molteplici attività, in particolar modo lo sci (vince subito un campionato locale) e il teatro. Nella sua città natale si diploma alla Buckfield High School. Con una compagnia teatrale del posto recita in uno spettacolo dal titolo On golden Pond nel quale veste i panni del figlio adottivo di un omosessuale. Successivamente si divide tra piccolo e grande schermo. In tv fa il suo esordio nella commedia Heaven help us, trasmesso dalla rete americana CBS.
Nel 1985 debutta invece al cinema con il film Catholic Boys L'exploit lo ottiene due anni dopo con il film Playboy in prova, a cui seguono innumerevoli ruoli in teen comedy come Meatballs 3 - Porcelloni in vacanza (1987), Seduttore a domicilio (1989), in cui recita accanto a Kirstie Alley e Innamorati pazzi (1989) accanto ad un giovane Brad Pitt. Come nella carriera recitativa, anche dal punto di vista sentimentale Patrick ha bruciato precocemente le tappe. Appena ventunenne, infatti, si sposa con Rocky Parker, ventun'anni più grande di lui e con un figlio coetaneo di Dempsey.
Negli anni Novanta, nonostante reciti parti da protagonista,Dempsey non ottiene la fama desiderata e non riesce ad entrare nell'Olimpo degli attori hollywoodiani. Compare nel cast stellare del flop Virus Letale con Morgan Freeman e Dustin Hoffman e in Run. In tv si mette in luce nella sit-com Will & Grace, in cui per un periodo limitato interpreta un giornalista sportivo omosessuale, innamorato di Will. Nel 1999 dopo essersi separato dall'ex compagna e manager Rocky Parker, si sposa con la make-up artist Jill Fink, dalla quale ha avuto tre figli. Un anno dopo ha un ruolo nell'horror movie Scream 3.
Nel 2002 ottiene successo con la commedia sentimentale Tutta colpa dell'amore, di cui è co-protagonista insieme a Reese Witherspoon. Tuttavia la fama mondiale Dempsey la conquista nel 2005 con la serie televisiva Grey's Anatomy, in cui interpreta il chirurgo Derek Shepherd. Il telefilm spopola in tutto il mondo e Patrick ottiene una nomination come miglior attore maschile ai Golden Globes del 2007. Nota di colore: nei giorni in cui partecipa alle audizioni per Grey's Anatomy, Dempsey si presenta anche ai provini per il ruolo del Dr. Gregory House, poi affidato a Hugh Laurie. Nel 2007 recita nella commedia disney Come d'incanto e con Michelle Monaghan in Un amore di testimone.
2007 Candidatura Miglior attore (Serie TV - Dramma) per Grey's Anatomy
2006 Candidatura Miglior attore (Serie TV - Dramma) per Grey's Anatomy
2008 Candidatura Miglior bacio per Come d'incanto
2007 Premio Miglior performance dell'intero cast in una serie tv (drammatica) per Grey's Anatomy
2006 Candidatura Miglior attore in una serie tv (drammatica) per Grey's Anatomy
2012 Candidatura Peggiore attore non protagonista per Transformers 3
2001 Candidatura Miglior attore guest in una serie drammatica per Strangers and Brothers
2015 Premio Migliore attore in una serie drammatica
2014 Candidatura Migliore attore in una serie drammatica
2014 Candidatura Migliore intesa sul piccolo schermo per Grey's Anatomy
2023 Recitazione
2019 Produzione
2016 Recitazione
2011 Recitazione, Produzione
Nel cast della serie Dexter: Original Sin, dedicata alle origini dell'iconico personaggio, ci sarà anche l'attore Patrick Dempsey.
La star di Ferrari partecipò anche al casting per il ruolo poi assegnato a Hugh Laurie.
Per far fronte al licenziamento di Melissa Barrera e all'abbandono di Jenna Ortega, i produttori di Scream starebbero pensando di reintegrare nel cast Neve Campbell e Patrick Dempsey.
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A 57 anni, il Dottor Stranamore di Grey's Anatomy è stato eletto uomo più sexy del mondo dalla rivista People, l'ego di Patrick Dempsey finalmente soddisfatto.