El científico colombiano se graduó en 1970 por la Universidad Nacional de Colombia y un año después obtuvo su doctorado en medicina y cirugía. Ese año se casó con la pediatra María Cristina Gutiérrez, con quien tuvo tres hijos, dos de los cuales se dedican asimismo a la medicina.

Desde pequeño Patarroyo sintió admiración por Luis Pasteur, la inmunología y la virología, de modo que su carrera profesional se orientó a la investigación en diversos centros nacionales y extranjeros, en particular estadounidenses y suecos. En la Universidad Nacional fundó el Instituto de Inmunología del Hospital San Juan de Dios, en el cual ha adelantado investigaciones sobre lupus, marcadores genéticos, leucemia, susceptibilidad genética de la fiebre reumática, tuberculosis y lepra.

En 1983 su equipo inició los trabajos sobre la malaria alcanzando grandes logros: la obtención, en 1984, de una vacuna sintética (SPf 66), que se ha ido perfeccionando y ha mostrado siempre resultados contundentes. No obstante, desde el extranjero y dentro del país incluso, la envidia de otros investigadores, la acción de las multinacionales farmacéuticas y las importante sumas en juego entorpecieron la labor científica. En un acto de generosidad, Patarroyo donó la vacuna, en nombre de Colombia, a la Organización Mundial de la Salud (OMS) en mayo de 1993. La vacuna fue avalada por ese organismo en 1995.

Entre los premios y reconocimientos que ha recibido el investigador caben citarse los doctorados honoris causa por las universidades Nacional, del Tolima, Metropolitana de Barranquilla, el Premio León Bernard que otorga la OMS, el nombramiento como académico de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de Madrid, y entre las condecoraciones, las de Caballero de la Orden de San Carlos y Simón Bolívar, ambas de Colombia.