Patrizia Von Brandenstein ha iniziato a lavorare nel cinema nel 1972 in veste di arredatrice: il suo nome è tra i titoli di coda dell'apprezzato film drammatico The Candidate (Il candidate); successivamente ha lavorato come pittrice di scena e costumista. Tra i suoi film si annoverano Between the Lines e Saturday Night Fever (La febbre del sabato sera).
Ben presto inizia a realizzare le scenografie di film di diverso spessore, dalla commedia per adolescenti Breaking Away (All American Boys), al sontuoso film in costume di Milos Forman, Ragtime, per il quale ottiene una candidatura all'Oscar per la scenografia. All'inizio degli anni '80 è ormai uno scenografo in piena regola, in grado di supervisionare e allestire l'apparato scenico dei propri film. Tra i suoi progetti più importanti il suo lavoro col regista Mike Nichols sui film Silkwood, Working Girl (Una donna in carriera) e Postcards from the Edge (Cartoline dall'inferno). Nel 1985 vince l'Oscar col film Amadeus per il ritratto vivido e dettagliato dell'epoca di Mozart, sua seconda collaborazione con Forman. Nel 1987 ottiene la terza candidatura all'Oscar per il film di Brian De Palma The Untouchables (The Untouchables - Gli intoccabili) e, in seguito, si distingue per il suo lavoro sul film musicale per adolescenti Beat Street, sulla commedia ambientata nell'alta borghesia Six Degrees of Separation (Sei gradi di separazione) e su The Quick and the Dead (Pronti a morire), con il ritorno all'ambientazione western. Altri suoi lavori includono A Chorus Line (Chorus Line), Billy Bathgate (Billy Bathgate - A scuola di gangster), Sneakers (I signori della truffa), Leap of Faith (Vendesi miracoli), Just Cause (La giusta causa), The People Vs. Larry Flynt (Larry Flynt - Oltre lo scandalo) e Mercuri Rising (Codice Mercury), nonché A Simple Plan (Soldi sporchi), Man on the Moon, Shaft, The Ice Harvest, All the King's Men (Tutti gli uomini del re) e Goya's Ghosts (L'ultimo inquisitore). Von Brandenstein ha lavorato anche al film drammatico di ambientazione storica The Last Station, diretto da Michael Hoffman, per cui aveva già realizzato le scenografie di The Emperor's Club nel 2002. Ha partecipato a Violet & Daisy, il debutto alla regia di Geoffrey Fletcher, che ha vinto l'Oscar per la sceneggiatura di Precious.