Après des études de lettres et d’histoire, Agnès Patron intègre l’École Nationale Supérieure des Arts décoratifs, section cinéma d’animation. Son film de fin d’études, La Veuve Caillou, fait ses débuts aux festivals d’Annecy et de Clermont-Ferrand. Elle coréalise ensuite, avec Cerise Lopez, Chulyen, histoire de Corbeau, un court métrage qui reçoit de nombreux prix en France et à l’étranger.
Elle poursuit avec L’Heure de l’ours, sélectionné en compétition au 72ᵉ Festival de Cannes et présenté dans plus d’une centaine de festivals à travers le monde. Ce film remporte le César 2021 du meilleur court métrage d’animation. En 2022, elle coréalise avec Morgane Le Péchon le clip Météores, sur une musique de Pierre Oberkampf, primé à plusieurs reprises.
Elle vient également de terminer son dernier court métrage en peinture animée. Entre ses films, Agnès Patron collabore à divers projets dans les domaines de l’animation, du cinéma en prise de vue réelle, du spectacle vivant ou encore de l’illustration.
Dernièrement, elle a réalisé les séquences animées du long métrage de Koya Kamura, Hiver à Sokcho, sorti en salles en janvier 2025.