Že leto po osvojitvi oskarja je dobila svoj šov, The Patty Duke Show, v katerem je igrala identični dvojčici. V svoji dolgi karieri je nastopila v številnih filmskih in gledaliških vlogah, za katere je bila 10-krat nominirana za nagrado emmy, kipca pa se je razveselila trikrat, prejela pa je tudi zlati globus.

Leta 1982 ji je bila diagnosticirana bipolarna motnja in pozneje je veliko pozornosti namenjala ozaveščanju javnosti o različnih vidikih duševnega zdravja.

Igralka se je rodila kot Anna Marie Duke v Elmhurstu v New Yorku staršem, ki so imeli nemške in irske korenine, v družini pa so vladali alkohol, depresija in nasilje, zato sta pri Pattyjinih osmih letih skrb zanjo prevzela menedžerja za talente John in Ethel Ross, ki sta predtem že bedela nad kariero Pattyjinega brata Raymonda. Metode Rossovih so bile pogosto izkoriščevalske, med drugim sta Patty ves čas predstavljala kot dve leti mlajšo deklico in ji spremenila tudi ime.

Njena prva večja vloga je bila vloga Helen Keller v gledališki predstavi The Miracle Worker, ki so jo v gledališču igrali skoraj dve leti, potem pa so jo zelo uspešno prenesli še na veliko platno. Patty je kot do takrat najmlajša dobila oskarja, in sicer za stransko žensko vlogo.

Kljub izjemno uspešnemu razvoju kariere je bila Dukova v najstniških letih zelo nesrečna, k čemur je precej pripomoglo "ujetništvo" Rossovih, kot ga je sama poimenovala. Po njihovi zaslugi je že kot najstnica zapadla v zlorabo zdravil in alkohola, pozneje pa ju je obtožila tudi spolne zlorabe. Pri 18 letih se je pravno osamosvojila, a sta si zakonca Ross prisvojila večino njenega zaslužka.

Preusmeritev na televizijo
Njena kariera je potem prešla v drugačne vode: kot Neely O'Hara v Dolini lutk je upodobila z mamili zasvojeno pevko, s čimer so imeli kritiki in občinstvo kar nekaj težav, saj je veljala za popolno ameriško najstnico. Za vlogo v filmu Jaz, Natalie, v katerem je debitiral tudi Al Pacino, je potem prejela zlati globus v kategoriji muzikal/komedija. Pozneje se je preusmerila predvsem na televizijo, igrala je v številnih televizijskih filmih, ki so jih prinesli tri emmyje. Leta 1982 so ji postavili diagnozo bipolarna motnja, kar je pojasnilo nekatere njene poteze v preteklosti.

Med letoma 1985 in 1988 je kot šele druga ženska v zgodovini predsedovala združenju igralcev (Screen Actors Guild). Leta 1990 je na male zaslone prišla upodobitev njene avtobiografije Call me Anna, v kateri je sama odigrala sebe od sredi 30. let dalje.

Poleg uspešne igralske kariere je bila znana tudi kot odlična pevka, dve njeni pesmi, Don't Just Stand There in Say Something Funny sta se leta 1965 uvrstili med 40 uspešnic. Leta 2004 se je razveselila svoje zvezde na Pločniku slavnih.

Kot je sporočil njen predstavnik, je umrla zaradi sepse, potem ko se ji je predrlo črevo. Umrla je bolnišnici v Coeur D'Alenu v Idahu, kjer je zadnjih 25 let živela s četrtim možem Michaelom Pearcom.