Élève au lycée Condorcet à Paris, elle obtient son baccalauréat en 2002. Elle suit les classes préparatoires littéraires jusqu'en 2004, puis étudie à l'Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne jusqu'en 2005. Elle y obtient une licence en histoire[1],[2].
Son premier film d'animation, La Valse du pendu[3], sort en 2009[4] alors qu'elle est encore étudiante. Animé à l'encre sur gravure sur verre, le film est projeté dans plusieurs festivals, dont le festival international d'animation pour étudiants de Puchon en 2009. Son film de fin d'étude, La Veuve Caillou[5],[6], sorti en 2011, reprend les mêmes techniques d'animation. Il est primé au Festival du film de Dresde[7].
Le court métrage d'animation suivant, Chulyen, histoire de corbeau[8],[9], réalisé à Clermont-Ferrand en 2014 lors d'une résidence d'artiste avec Cerise Lopez[10], est projeté dans plusieurs festivals[7]. En 2016, le film fait partie des douze œuvres présélectionnées pour le César dans la catégorie Meilleur court métrage d'animation. Mais c'est en 2021 qu'Agnès Patron remporte ce prix avec L'Heure de l'ours[11], réalisé en 2019 et animé à la main avec des aquarelles sur du papier noir sur un scénario réalisé avec Johanna Krawczyk[12],[13],[14],[15],[16],[17],[18],[19],[20].
Le court métrage suit une horde d'enfants dansant sur les cendres de leur village qui a brulé en appelant les ours sauvages[12].
