Patrick Dempsey commence assez top dans la comédie, d´abord dans une troupe locale dans l´état du Maine. Puis au théâtre dans les débuts des années 80 à San Francisco. Pendant un an, il part en tournée avec la troupe de "Brighton Beach Memoirs". Sa première apparition au cinéma est dans la comédie Heaven Help Us en 1985.

Après avoir essayer le petit écran dans Fast Times, Patrick Dempsey se consacre au cinéma. Principalement dans les comédies : L´Amour ne s´achète pas (1987), Loverboy (1989), Coeur de Ville (1990) ou Les Indomptés en 1991. En 2000, il apparaît dans Scream 3 de Wes Craven, Et en 2002 dans Fashion victime à coté de Reese Witherspoon.

En même temps que sa carrière sur grand écran, Patrick Dempsey se fait remarqué grace au rôle de Kennedy dans la mini série diffusée sur ABC : JFK : Reckless Youth. Puis il apparaît dans plusieurs séries ou il tient un rôle récurent : Deuxième Chance (2000), Will & Grace (2001) ou encore The Practice en 2004. Depuis 2005, il interprète le Docteur Shepherd dans la série Grey´s Anatomy.

Derek est l'un des titulaires de l'hôpital de Seattle. Tout droit venu de Manhattan, il est un médecin compétent et attentionné qui va rapidement entrer en compétition avec le docteur Preston Burke pour le poste de chef du service de chirurgie. Il est très attiré par le docteur Meredith Grey...