Patapoutian föddes i Beirut, Libanon, och flyttade till USA 1986. 1996 avlade han doktorsexamen i biologi vid California Institute of Technology. Han bedrev postdoktoral forskning vid University of California, San Francisco. År 2000 flyttade han till Scripps Research i La Jolla, Kalifornien, där han sedan 2017 är professor i neurovetenskap.