Paula Patton, née à Los Angeles le 5 décembre 1975, est une actrice afro-américaine, révélée au public par Tony Scott dans Déjà vu aux côtés de Denzel Washington. Elle avait déjà fait une petite apparition dans le film Hitch, expert en séduction sorti en 2005 et dans London.
En 2007 elle apparaît dans la comédie musicale produite par les OutKast, Idlewild, et l'année suivante dans le long metrage d'Alexandre Aja intitulé Mirrors.
Elle est l'épouse de l'auteur-compositeur-interprète Robin Thicke depuis le 11 juin 2005. Ils sont les parents d'un garçon depuis 2010. Elle apparaît nue sur la couverture de l'album A Beautiful World de ce dernier.
En 2011, elle joue le rôle de Jane Carter dans le film Mission impossible : Protocole Fantôme de Brad Bird