Narodila se roku 1975 v kalifornském Los Angeles do rodiny učitelky Joyce Vanradenové pocházející z Kavkazu a afroamerického právníka Charlese Pattona. Vystudovala Hamilton High School a pak pokračovala studiem na Kalifornské univerzitě v Berkeley, ze které v prvním roce přestoupila na umělecky zaměřenou Film School Jihokalifornské univerzity, kterou absolvovala s červeným diplomem.

Její první herecká role byla v roce 2005 vedlejší role ve snímku „Hitch: Lék pro moderního muže“, v němž se objevila po boku Willa Smithe a Evy Mendesové. Následovala malá role v dramatu „London“, kde se objevila po boku členů hiphopového dua Outkast Andre Benjamina a Antwan André Pattona, řečeného „Big Boi“.

Velký zlom zazanamenala její role Claire Kucheverové ve sci-fi thrilleru „Déja Vu“, kde ztvárnila hlavní ženskou roli po boku Denzela Washingtona a Val Kilmera. V roce 2008 si zahrála televizní reportérku Kate Madison ve snímku „Správná volba“ a objevila se po boku Kiefera Sutherlanda ve filmu „Zrcadla“.

Na podzim 2010 bylo oznámeno, že nahradí postavu Sharon Stoneovou v televizním seriálu kanálu NBC z právnického prostředí „Zákon a pořádek: Útvar pro zvláštní oběti“. Ovšem poté, co byla obsazena do hlavní role ve filmu „Mission: Impossible – Ghost Protocol“, se její účinkování v seriálu zredukovalo na jediný díl a v původně ohlášené roli ji nahradila Melissa Sagemillerová.

V roce 2013 se znovu sešla před kamerou s Denzelem Washingtonem v akčním filmu „2 zbraně“. V současné době se její jméno objevuje v souvislosti s připravovanou adaptací počítačové hry Warcraft, která patří ke světu nejslavnější a nejoblíbenější onlineovky World of Warcraft. Zde by se měla objevit po boku Colina Farella. Režisér připravovaného snímku „Warcraft“ Duncan Jones bude vycházet ze scénáře od Charlese Leavitta a měl by zahájit natáčení v lednu 2014.

Pattonová nazpívala doprovodné vokály na Usherově albu „Confessions“ vydaném v roce 2004. Byla také interpretkou skladby „Can U Handle It?“, jejímž spoluautorem je manžel Robin Thicke a rovněž se objevila v jeho videu „Lost Without You“.

Je vdaná za zpěváka a skladatele Robina Thickeho, 6. dubna 2010 se jim narodil syn Julian Fuego.