Patrick Alan Lilley nació el 2 de agosto de 1953 en Inglewood, California. Un agente de talentos lo descubrió a la edad de siete años, lo que le llevó a una serie de apariciones en anuncios de televisión y apariciones como invitado en programas de televisión. En 1961 debutó en el cine en la comedia-fantasía de la 20th Century Fox The Two Little Bears, en la que actuó junto a Eddie Albert y Jane Wyatt.
Durante los dos años siguientes, Patrick apareció en papeles de invitado en numerosas series de televisión, como Ben Casey, Alcoa Premiere, Bonanza, My Favorite Martian, Mister Ed y Rawhide y en papeles recurrentes en The Real McCoys y General Hospital. En estos papeles aparecía junto a estrellas como Judy Garland, Burt Lancaster y Sidney Poitier.
Al contar cómo empezó su carrera de actor, Patrick explicó: «Le debo mi carrera a mi hermana. Ella fue la que me hizo empezar y me dio todos los ánimos. Siempre quiso ser actriz y un día apareció en un casting. Le preguntaron si había otros niños en casa. Les habló de mí, y conseguí algunos papeles pequeños, luego otros más grandes…»
En 1964, Patrick consiguió el papel del niño lobo Eddie Munster, protagonizando junto a Fred Gwynne como Herman Munster, Yvonne De Carlo como Lily Munster y Al Lewis como el abuelo, la serie de televisión de la CBS The Munsters, una comedia de situación fantástica basada libremente en los monstruos de las películas de la Universal. El papel de Eddie fue interpretado originalmente por el actor infantil Happy Derman en el episodio piloto antes de que Patrick fuera finalmente seleccionado entre cientos de chicos para el papel.
Cuando se le preguntó cómo consiguió el papel de Eddie, Patrick recordó «Tenía mucha experiencia. Pero quizás fue porque mis colmillos eran mis propios dientes. Mis dientes eran tan malos que incluso cuando cerraba la boca sobresalían. Yo era una cabeza más pequeña que los otros chicos, y eso les gustaba porque jugaba con la altura de Herman». Viviendo en la Costa Este por aquel entonces, Patrick se desplazaba a Los Ángeles cada semana durante el rodaje de la serie, apareciendo en 70 episodios durante las dos temporadas de Los Monstruos, de 1964 a 1966.
En una entrevista de abril de 2017, cuando le preguntaron si recordaba a su madre televisiva (Yvonne De Carlo) escondiendo pequeñas porciones de diálogo por el plató, pegándolas al atrezzo para ayudar a refrescar su memoria, y así poder añadir el diálogo a su actuación: «No, en The Munsters no hacía eso. Tal vez más adelante. Porque a veces tu memoria empieza a fallar. ¡Pero es una gran idea, de hecho! Tendré que recordarlo!».
También le preguntaron si había mantenido el contacto con su familia en la pantalla tras la cancelación de The Munsters, especialmente con De Carlo, que murió el 8 de enero de 2007. Respondió: «No, cuando la serie terminó, cada uno siguió su camino. Pero a principios de los 80, me puse en contacto con Al Lewis y nos hicimos amigos, y empecé a vincularme al nombre y la marca Munster. Y luego, 10 años después, empecé a hablar con Yvonne. Fui invitado en el programa de Vicki Lawrence, donde fui un invitado sorpresa para Yvonne, y después nos hicimos amigos. Empecé a visitarla y ella era una especie de reclusa, que vivía en el norte de Los Ángeles y le presenté a este tipo en Hollywood que le enviaba paquetes de atención, películas para ver y de alguna manera volver al circuito de Hollywood.»
Después de que The Munsters terminara, Patrick continuó apareciendo en papeles de invitado en varias series de televisión populares de la década de 1960, incluyendo I Dream of Jeannie, Death Valley Days, Gunsmoke, The Monkees, Daniel Boone y Adam-12, así como un papel recurrente como Gordon Dearing en la serie de comedia familiar de la CBS My Three Sons. Durante este tiempo, Patrick también apareció en varias películas de Walt Disney, incluyendo Way Down Cellar, The Young Loner y The One and Only, Genuine, Original Family Band, además de interpretar el papel de Milo en la película de acción real/animada de MGM de 1970 The Phantom Tollbooth.
Patrick como Mark con los sombreros en Lidsville, 1971
En 1971, Patrick consiguió el papel protagonista en el programa infantil de los sábados por la mañana Lidsville, emitido por ABC. En la serie de fantasía psicodélica, Patrick interpretaba a Mark, un niño perdido en una extraña tierra de sombreros que caminan, hablan y cantan, junto a los veteranos actores Charles Nelson Reilly y Billie Hayes. La serie estuvo en producción de 1971 a 1973.
Además de su música, Patrick volvió a trabajar ocasionalmente en el cine y la televisión, incluyendo apariciones como «Él mismo» en episodios de la serie de televisión animada de Fox Los Simpsons y en la película de comedia de 2003 Dickie Roberts: Former Child Star, además de aparecer como un Eddie Munster adulto en un anuncio de Little Caesars Pizza.
En 2002, Patrick fue copresentador de Macabre Theatre con Natalie Popovich, alias «Ivonna Cadaver». Ese mismo año también apareció en el primer episodio del reality show de citas con famosos de E! Network, Star Dates.