Il entre chez Renault en 1984 aux Méthodes Tôlerie comme Chef d’Atelier à l’usine de Flins. De 1985 à 1998, il occupe différentes positions à la Direction des Etudes. Il devient Directeur du Développement de l’Ingénierie Véhicule en 1998 et entre au Comité de Direction Renault.

En 1999, suite à la création de l'Alliance entre Renault et Nissan, il rejoint Nissan à Tokyo en tant que Directeur Général Adjoint en charge du plan, du produit, du design et des programmes et membre du Comité Exécutif et du Conseil d’Administration de Nissan.

En janvier 2003, il préside également le Comité de Management de Nissan Europe. Le 1er juillet 2005, Patrick Pélata est nommé Directeur Général Adjoint Plan, Produit, Programmes du Groupe Renault et membre du Comité Exécutif Groupe.

A compter du 13 octobre 2008, Patrick Pélata est nommé Directeur Général Délégué aux opérations de Renault.