Po studiu lékařství na Karlově univerzitě, kde promoval roku 1928, pracoval v bakteriologicko-sérologickém ústavu Lékařské fakulty UK a v letech 1930–1931 absolvoval stáž na Pasteurově institutu v Paříži, kde také navázal řadu dlouhodobých vědeckých přátelství. 1934 se habilitoval, 1946 jmenován profesorem, v letech 1946–1976 přednosta Ústavu lékařské mikrobiologie a imunologie Fakulty všeobecného lékařství UK. S manželkou Jarmilou měli tři děti, jeho bratr Jan Patočka (1907–1977) byl český filosof.