Modiano sinh ra tại Boulogne-Billancourt. Cha của ông, Alberto Modiano, người Ý gốc Do Thái, hậu duệ của một gia đình Do Thái Salonica nổi tiếng. Mẹ của ông, Louisa Colpijn, là nghệ sĩ người Bỉ (Flemish). Hai người quen nhau tại Paris khi Đức chiếm đóng nước Pháp. Modiano có một tuổi thơ bất hạnh, không biết đến tình cảm gia đình: cha suốt đời phiêu bạt, mẹ quanh năm lưu diễn khắp nơi. Modiano và em trai được giao cho ông bà ngoại nuôi. Khi còn là học trò ông ở trong trường nội trú cho đến tuổi thành niên. Người em trai duy nhất của ông, Rudy, chết năm 1957 lúc 10 tuổi vì bệnh Ung thư bạch cầu. Những sáng tác của Modiano từ 1967 cho tới 1982 là để tưởng nhớ em ông.

Modiano lấy bằng tú tài 1962 tại Annecy một năm sớm hơn thường lệ. Từ 1960 ông học môn hình học với nhà văn Raymond Queneau, một người bạn của mẹ ông. Quan hệ này đã làm cho ông bỏ khóa học tại đại học Lycée Henri IV ở Paris, để chuẩn bị cho cuộc tuyển chọn vào Grande école, chỉ sau vài tuần. Thay vào đó Modiano đã được Queneau hướng dẫn vào thế giới văn chương.

Patrick Modiano sống ở quận 5, Paris.[2] Từ ngày 12 tháng 9 năm 1970, ông đã kết hôn với Dominique Zehrfuss (1951), con gái của kiến trúc sư Bernard Zehrfuss. Cả hai có hai người con gái: Zina (1974) và Marie (1978).