Alors qu'il se destinait à une carrière d'officier, Denys de la Patellière réalise, alors que la Seconde Guerre Mondiale bat son plein, qu'il n'est pas fait pour les armes, et se tourne vers le cinéma, d'abord comme monteur des Actualités Françaises, puis comme assistant-réalisateur, avant d'écrire plusieurs scénarios, dont celui du Defroqué (1953), mis en scène par Léo Joannon.
Et c'est suite à un désaccord avec ce même Léo Joannon au sujet des Aristocrates que Denys de la Patellière passe pour la première fois derrière la caméra, en 1955. Un titre qui sonne comme un signe et lance la carrière de ce fils d'aristocrates, à qui l'on doit ensuite des films tels que Retour de manivelle (1956), Thérèse Etienne (1958), Les Grandes Familles (1959) ou Le Salaire du péché (1959).
Prolifique au cours des années 50, Denys de la Patellière l'est tout autant pendant la décennie suivante, et met en scène ses deux films les plus célèbres : Un Taxi pour Tobrouk (1961), film d'aventures avec Lino Ventura et Charles Aznavour; et Le Tatoué (1968), comédie qui vaut surtout pour le duo formé par Jean Gabin et Louis De Funès.
S'il continue de réaliser à un rythme régulier (La Fabuleuse aventure de Marco Polo, Le Voyage du père, Caroline chérie...), Denys de la Patellière se fait cependant de moins en moins présent au cinéma à l'orée des années 70, et bifurque même vers la télévision, après avoir mis en scène son dernier film, Prêtres interdits, en 1973.