Patrick Pineau suit les classes de Denise Bonal, Michel Bouquet et Jean-Pierre Vincent au Conservatoire national supérieur d’art dramatique de Paris. Au théâtre, comme comédien, il aborde tout aussi bien le répertoire classique – d’Eschyle à Feydeau en passant par Marivaux, Calderón, Musset ou Labiche – que les textes contemporains (Eugène Durif, Mohamed Rouabhi, James Stock, Serge Valletti, Gérard Watkins, Irina Dalle) dans des mises en scène de Michel Cerda, Jacques Nichet, Claire Lasne, Gérard Watkins, Irina Dalle ou Mohamed Rouabhi. En tant que membre permanent de la troupe de l’Odéon et sous la direction de Georges Lavaudant, il participe à Féroé, la nuit, Terra Incognita, Un Chapeau de paille d’Italie, Ajax/ Philoctète, Tambours dans la nuit, La Noce chez les petits- bourgeois, L’Orestie, Fanfares, Un Fil à la patte, La Mort de Danton, La Cerisaie et en 2013, George Lavaudant lui confie le rôle titre dans Cyrano de Bergerac. En tant que metteur en scène, il signe Conversations sur la Montagne d’Eugène Durif au Théâtre Ouvert (1992), Discours de l’Indien rouge de Mahmoud Darwich au Théâtre Paris- Villette (1994), Pygmée de Serge Sandor à Villeurbanne (1995), Monsieur Armand dit Garrincha au Petit Odéon (2001), Les Barbares à l’Odéon, au Théâtre de l’Europe, aux Ateliers Berthier (2003), Tout ne doit pas mourir au Petit Odéon (2002). En 2004, Peer Gynt est créé dans la Cour d’Honneur du Festival d’Avignon. En 2006 au Théâtre de l’Odéon, il met en scène Des arbres à abattre de Thomas Bernhard. L’année suivante il met en scène
les pièces en un acte de Tchekhov, La Demande en mariage, Le Tragédien malgré lui, L’Ours ; On est tous mortels un jour ou l’autre d’Eugène Durif et Les trois sœurs de Tchekhov. En 2009, après La Noce de Bertolt Brecht, il met en œuvre un festival avec le Rayon Vert à Saint-Valéry-en-Caux autour de lectures de textes de Flaubert et d’Annie Ernaux. En 2009, il crée Vols en piqué dans la salle... de Karl Valentin.
À l’automne 2010, il crée Sale août de Serge Valletti. En juillet 2011, pour la 65e édition du Festival d’Avignon, il crée Le Suicidé de Nicolaï Erdman à la Carrière de Boulbon. Puis suivront L’Affaire de la rue de Lourcine et Les méfaits du tabac d’Eugène Labiche et Anton Tchekhov en 2012 et Le conte d’hiver de William Shakespeare, à partir d’une nouvelle traduction de Daniel Loayza en 2013.
En janvier 2016 il créé l’Art de la Comédie de Éduardo de Filippo au Théâtre-Sénart, Scène nationale et en mars 2016 il met en scène Le monde d’hier de Stéphan Zweig avec Jérôme Kircher au Théâtre des Mathurins. En 2017, il recrée Vols en piqué de Karl Valentin au Théâtre-Sénart, avec la compagnie Pipo. Et en 2018, il met en scène Jamais Seul de Mohamed Rouabhi, création le 15 novembre 2017 à la MC93 Bobigny.
Sa collaboration avec Mohamed Rouabhi se poursuit en mars 2020 avec un monologue inédit Moi, Jean-Noël Moulin, Président sans fin.
Au cinéma, il travaille, entre autres, avec Éric Rochant, Francis Girod, Bruno Podalydès, Tony Marshall, Marie de Laubier, Nicole Garcia et, en 2012, avec Ilmar Raag aux côtés de Jeanne Moreau.
