日出生于美国艾奥瓦州米切尔维尔，在格林内尔学院获得化学学位，并认识了他的妻子 Lorna (Laurie) McCleary。之后他和妻子一起前往艾奥瓦大学就读硕士学位，研究分子光谱学。之后他和妻子都参与了曼哈顿计划，先是在芝加哥大学工作，再到田纳西州橡树岭，并且接触到质谱法。战争结束后帕特森和妻子回到芝加哥，他的妻子获得红外线光谱学研究员职位，而帕特森则在芝加哥大学的指导下就读博士班。在芝加哥大学担任一年博士后研究员后，帕特森和布朗于1952年前往加州理工学院地质与行星科学系任教，并且是该系地球化学组