Patty Duke kende haar eerste succes reeds als kindactrice. Zo was ze op 6-jarige leeftijd al te zien in commercials, was pas negen toen ze een rol kreeg in de televisiefilm Voice of Firestone, als dertienjarige debuteerde ze al op Broadway. Duke liep school aan de Quintano School for Young Professionals in New York City. Hierna had ze het wat moeilijk toen ze moest overschakelen naar volwassen rollen, het was haar coach John Ross die haar optimaal voorbereidde op de rol van de jonge, gehandicapte Helen Keller in The Miracle Worker. Net als haar tegenspeelster Anne Bancroft was ze eerst te zien in het toneelstuk in 1959, in 1962 in de filmversie én kreeg ze, ook al net als Bancroft, een Oscar voor haar rol (!). Op dat ogenblik was ze overigens de jongste actrice ooit die de Academy Award voor Beste actrice in een bijrol had gewonnen. Andere filmprijzen voor Duke voor die rol : een Theatre World Award én een Golden Globe.

Patty Duke kreeg in de vorm van de komische The Patty Duke Show (1963-1966) een eigen programma op televisie. Niet verrassend als je weet dat ze voor haar Broadwaydebuut al in meer dan 50 tv-shows was te zien geweest. Dat ze een voorliefde had voor tv bleek ook uit de tientallen hoofdrollen in tv-films die volgden na de eerste aflevering van haar eigen show. Voor al haar televisiewerk won ze in totaal drie Emmy’s.

Ze wordt soms ook vermeld als Patty Duke Astin en dat heeft alles te maken met haar huwelijk in 1972 met John Astin, overigens al haar derde huwelijk nadat ze eerder al haar ja-woord gaf aan regisseur Harry Falk Jr. en rockpromotor Michael Tell.. Uit dit derde huwelijk werden twee kinderen geboren : Sean Astin en Mackenzie Astin. Beiden werkten ook voor televisie en film. John Astin en Patty Duke scheidden begin de jaren ’80 waarna Duke zowaar nog eens (her)trouwde…

Patty Duke was van 1985 tot 1988 Voorzitter van de Screen Actors Guild. Ze is de auteur van Surviving Sexual Assault (1983) en Call Me Ana (1987).