Patrick Kemmeren promoveerde in 2005 aan de Universiteit Utrecht op zijn werk aan het analyseren en integreren van genoombrede data. Tijdens zijn doctoraat bracht hij ook tijd door als gastonderzoeker bij het European Bioinformatics Institute. Een postdoctorale beurs stelde hem in staat te werken aan de Universiteit van Californië, San Francisco. Onder supervisie van Dr. Nevan Krogan werkte hij aan de definitie van een nauwkeurige en uitgebreide kaart van stabiele eiwit-eiwit interacties. Na zijn terugkeer naar het Universitair Medisch Centrum Utrecht (UMC Utrecht) kreeg hij in 2007 een VENI beurs van de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek (NWO). Nadat hij zijn eigen onderzoeksgroep had gestart, ontving Patrick in 2012 een NWO VIDI beurs om de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan genetische interacties te onderzoeken. In 2013 werd Patrick Universitair Docent bij het Center for Molecular Medicine, UMC Utrecht.
Patrick trad in 2016 toe tot het Prinses Máxima Centrum voor Kinderoncologie als onderzoeksgroepsleider, waar hij kanker genomics gegevens uitbaat via een combinatie van bioinformatica en systeembiologische benaderingen met als doel een beter begrip van het ontstaan en de progressie van kanker bij kinderen en de patiëntenzorg te verbeteren voor kinderen met kanker. Voorbeelden zijn het stimuleren van bioinformatica-onderzoek voor precisie-oncologie en diagnostiek, het verbeteren van de detectie van grotere DNA afwijkingen en het onderzoeken van biologische mechanismen van genetische interacties bij kinderkanker. In 2020 werd hij ook hoofd van de Big Data Core, een onderzoeksfaciliteit binnen het Máxima geïnitieerd door Patrick die verschillende instituut brede activiteiten coördineert op het gebied van datastewardship en data- en computationele infrastructuren voor data-intensief onderzoek en zorg voor kinderkanker. Sinds oktober 2021 is hij tevens aangesteld als universitair hoofddocent bij het Center for Molecular Medicine, UMC Utrecht om de verdere samenwerking tussen het Máxima en het strategisch programma Kanker in het UMC Utrecht te bevorderen.
Naast deze onderzoeksactiviteiten was Patrick tussen 2012 en 2017 coördinator van de High-Performance Computing faciliteit op het Utrecht Science Park, is sinds 2014 bestuurslid van het Utrecht Bioinformatics Centre en is bestuurslid van de “Netherlands Bioinformatics and Systems Biology” onderzoekschool sinds 2017.