Patricia Mazuy tourne un premier court métrage avec Laure Duthilleul à Los Angeles. Là-bas, elle rencontre Agnès Varda qui lui prête la nuit la salle de montage où elle montait Mur murs (1982) le jour, avec Sabine Mamou. Patricia Mazuy “entre” dans le cinéma grâce à cette dernière qui lui proposera deux ans plus tard d’être stagiaire monteuse sur Une chambre en ville (Jacques Demy, 1982).
Elle travaille ensuite comme monteuse sur Wundkanal exécution à 4 voix (Thomas Harlan, 1984) et Sans toit ni loi (Agnès Varda, 1985).
En 1988 elle réalise son premier long métrage Peaux de vache avec Sandrine Bonnaire (prix Georges Sadoul 1989), suivi du documentaire Des taureaux et des vaches (1992). Elle remporte le prix Jean Vigo pour Saint-Cyr (2000) avec Isabelle Huppert et Jean-Pierre Kalfon. Elle dirige ensuite la comédie Sport de filles (2011) avec Marina Hands, Bruno Ganz et Josiane Balasko. En 2018, elle signe le thriller Paul Sanchez est revenu avec Laurent Lafitte et Zita Hanrot.