Marié à la scénariste-cinéaste Lisa Azuelos-Alessandrin.

Patrick Alessandrin débute sa carrière dans le cinéma comme assistant de Luc Besson sur Subway. Après avoir réalisé en 1988 le documentaire L'Aventure du Grand Bleu pour la télévision, il dirige avec son épouse son premier long métrage intitulé Ainsi soient-elles (1995), une histoire d'amour et de sexe emmenée par un trio de charme (Marine Delterme, Amira Casar et Florence Thomassin).

Après les femmes, ce sont trois hommes (Richard Berry, Charles Berling et Jean-Pierre Darroussin) qui se retrouvent livrés à eux-mêmes durant des vacances à la Baule. 15 août (2001) permet également à Patrick Alessandrin de collaborer à nouveau avec le producteur Luc Besson. Le cinéaste enchaîne deux ans plus tard avec le tournage de Mauvais esprit (2003), une comédie dans laquelle un entrepreneur (Michel Muller) décède et se réincarne en bébé de son ennemi (Thierry Lhermitte).