Né d'un père grec et d'une mère française, Patrick Tatopoulos vit ses premières années à Paris où il travaille l'animation et dessine des couvertures de comic book. Il étudie par la suite à l'École des Arts Appliqués, à l'École des Beaux Arts et à l'École des Arts décoratifs de Paris. Patrick Tatopoulos passe par Rome et la Grèce, où il travaille comme ingénieur artistique pour la publicité. En 1989, il décide de tenter sa chance aux États-Unis. La qualité de son travail dans la publicité sera très vite remarquée par le monde du cinéma.
Sa première expérience hollywoodienne dans les effets spéciaux sera pour l'adaptation du jeu vidéo Super Mario Bros en 1993. Mais c'est l'année suivante que sa conception artistique prend toute son ampleur en dessinant les costumes et les décors de Stargate, la porte des étoiles (1994). Ce film représente sa première collaboration avec le metteur en scène
Roland Emmerich, pour qui il sera responsable des effets spéciaux sur
Independence Day (1996) et Godzilla (1998). Dans ce dernier, il prêtera son nom de famille au héros interprété par
Matthew Broderick. Il fonde aussi sa propre société d'effets spéciaux, les Tatopoulos Studios, en 1996.
En 1999, il se charge de la conception de la petite souris
Stuart Little. De retour à la science-fiction en chef décorateur, il suit l'australien
Alex Proyas dans
Dark City (1998) et le retrouve en tant que directeur artistique dans I Robot en 2003. Tatopoulos continue dans le genre et plonge dans l'univers du criminel intergalactique Richard B. Riddick dépeint par
David Twohy dans ses films
Pitch Black (2000) et
Les Chroniques de Riddick (2004). En 2007, il se chargera des effets spéciaux de Je suis une légende de
Francis Lawrence ainsi que du troisième film de la série Resident Evil.
Sur le tournage de Stargate, la porte des étoiles, il rencontre l'accessoiriste
Len Wiseman. Ce dernier fera appel à lui pour les effets spéciaux d'
Underworld (2003) ainsi qu'en tant que chef décorateur pour Underworld: Evolution (2006) et Die Hard 4 (2007). En 2009, il réalise Underworld : Le Soulèvement des Lycans, troisième volet de la saga Underworld.