Fils unique d'une famille de la classe moyenne, Patrick Levaye suit, à Puteaux (Hauts-de-Seine), une scolarité sans difficulté jusqu'au baccalauréat scientifique. Après avoir obtenu ce diplôme, en 1969 avec la mention « Assez bien », Patrick Levaye effectue une prépa agronomie et est admissible à un concours vétérinaire. Il décide, finalement, de se tourner vers des études de botanique. Il obtient une licence de botanique.
À la suite de l'obtention du diplôme de l'ENA, en 1985, Patrick Levaye mène une carrière de haut fonctionnaire « intéressante » et « exemplaire », selon les termes de certains de ses anciens camarades de promotion.
1994 - 1999 : sous-directeur de l'administration et de la modernisation à la direction de la défense et de la sécurité civiles (ministère de l'Intérieur) ;