Patricia Daniels est une descendante de Harriet Beecher Stowe, auteur de La Case de l'oncle Tom. Elle est née le 9 juin 1956 à Miami. Alors qu'elle a cinq ans, ses parents divorcent. Sa mère, dépressive depuis lors, la confie au célèbre prêcheur Billy Graham. C'est alors un couple de missionnaires qui la recueille et lui inculque une éducation rigoureuse. Elle rêve de briller au tennis et s'entraîne interminablement. Mais elle doit s'arrêter pour raisons de santé, sujette à des crises de boulimie succédant à une période d'anorexie. Dès l'adolescence, elle écrit des nouvelles, qui mettent en scène des personnages et le monde qui les entourent, empreints de violence et de misère. Peu après l'obtention de son diplôme au Davidson College (Caroline du Nord), elle épouse son professeur d'anglais Charles Cornwell le {{Date}}. Celui-ci quitte l'enseignement pour devenir pasteur et Patricia commence à écrire une biographie de la femme de Billy Graham. Ils divorcent peu après en 1988.
Elle poursuit toutefois sa carrière de journaliste (dans le journal The Charlotte Observer), se spécialisant dans les faits divers criminels et les armes à feu, pour lesquels elle développe un penchant qui lui restera toujours.
Puis, elle occupe un poste d'informaticienne à l'Institut médico-légal de Richmond en Virginie. Elle s'inspire alors de la directrice de la morgue pour créer un personnage de roman qu'elle a décidé d'entreprendre : Kay Scarpetta.
Elle écrit trois livres qui sont tous refusés car jugés médiocres. Son premier roman Postmortem, publié en 1990 (après avoir été refusé par sept éditeurs), met en scène Kay Scarpetta, une femme médecin légiste. Ce livre obtient de nombreux prix anglo-saxons du roman policier : le Dagger Award, le prix Macavity, le prix Anthony et le très envié prix Edgar-Allan-Poe. En 1992, en France, il obtient le prix du roman d'aventures.
Dès lors, Patricia Cornwell s'attache à faire vivre de nombreuses aventures à son héroïne, mais écrit également une autre série en parallèle mettant en scène Judy Hammer, chef de la police d'une petite ville de Caroline du Nord, qui est accompagnée du jeune journaliste Andy Brazil.
Mais, tout en connaissant un fort succès, elle est dépressive et se fait aider par le médicament Prozac tout en buvant énormément. En 1993, elle a un accident de voiture et est obligée de suivre une cure de désintoxication. Ses angoisses sont ensuite traitées par le lithium. C'est également dans cette période qu'elle fréquente les bars gays et a sa première liaison homosexuelle. Elle déménage alors à Richmond dans une maison qu'elle transforme en camp retranché, où elle amasse un arsenal domestique et engage une femme garde du corps.
En 2002, elle publie Jack l'Éventreur : affaire classée - Portrait d'un tueur ({{lang}}), ouvrage dont les conclusions {{Citation}}
En 2004 ou 2005, elle épouse Staci Gruber, une neurologue réputée de Harvard. Son État de résidence d'alors, le Massachusetts, autorise en effet les mariages homosexuels.
En octobre 2009, le blog The Daily Beast révèle que le gestionnaire de sa fortune, le cabinet Anchin, lui aurait fait perdre près de 40 millions de dollars.
En 2011, elle fait notamment une petite apparition dans un des épisodes de la saison 7 d’Esprits criminels.