Родился 11 июля 1951 года в Ленинграде. Окончил Ленинградский кораблестроительный институт (1974), высшие курсы КГБ в Минске (1975).
С 1974 года — в органах госбезопасности. С 1975 года работал в контрразведывательных подразделениях УКГБ СССР по Ленинградской области. В 1992 году назначен министром безопасности Карелии. С 1994 по 1998 год — руководитель ряда управлений Федеральной службы контрразведки (позже — ФСБ). В 1998 году назначен заместителем главы администрации президента — начальником главного контрольного управления. С октября 1998 года заместитель директора ФСБ, руководитель департамента экономической безопасности. С августа 1999 по май 2008 года — директор ФСБ. С 12 мая 2008 года — секретарь Совета безопасности РФ.
Генерал армии. Герой России. Награжден орденами "За заслуги перед Отечеством" I, II, III и IV степени, Мужества, "За военные заслуги", Почета. Доктор юридических наук. Старший сын Дмитрий Патрушев — глава правления Россельхозбанка, младший сын Андрей — заместитель гендиректора "Газпром нефти".