Ο Γιώργος Πατούλης γεννήθηκε στην Αθήνα και κατάγεται από την Κρήτη. Σπούδασε Ιατρική στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών και στη συνέχεια ειδικεύτηκε στην Ορθοπαιδική στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο «Λαϊκό», όπου εκπόνησε τη διδακτορική του διατριβή με θέμα «Εν τω βάθει θρομβοφλεβίτιδα στα κατάγματα ισχίου». Την περίοδο 1998–2000 ολοκλήρωσε μεταπτυχιακές σπουδές στην Εθνική Σχολή Δημόσιας Υγείας, με ειδίκευση στα Οικονομικά της Υγείας.
Ως ορθοπαιδικός εργάστηκε σε διάφορες δομές πρωτοβάθμιας φροντίδας υγείας, όπως στο ΙΚΑ Ταύρου, στο ΙΚΑ Αμαρουσίου–Ερυθραίας–Λυκόβρυσης, στο Πολυιατρείο του Δήμου Πεύκης, ενώ υπήρξε συνεργάτης των κλινικών «Ερρίκος Ντυνάν» και «Αθηναϊκή Κλινική».
Η συνδικαλιστική του δράση ξεκίνησε το 1995, όταν ίδρυσε τον Σύλλογο Ειδικευόμενων Ιατρών Αθηνών – Πειραιώς, στον οποίο διετέλεσε πρόεδρος έως το 1998. Το 1996 ίδρυσε την παράταξη «Νέοι Γιατροί» και το 1997 τον Πανελλήνιο Σύλλογο «Νέοι Γιατροί», στον οποίο υπηρέτησε ως πρόεδρος μέχρι το 2004, αναπτύσσοντας εθελοντική δράση στις παραμεθόριες, νησιωτικές και ορεινές περιοχές της χώρας. Το 2002 ίδρυσε την Ένωση Ελευθεροεπαγγελματιών Ιατρών Αττικής (Ε.ΕΛ.Ι.Α.), στην οποία είναι σήμερα Επίτιμος Πρόεδρος.
Το 1998 εξελέγη για πρώτη φορά δημοτικός σύμβουλος στο Δήμο Πεύκης. Την περίοδο 2000–2005 διετέλεσε Πρόεδρος της Δημοτικής Επιχείρησης και του Δημοτικού Πολυιατρείου Πεύκης, θεσμοθετώντας την παροχή υπηρεσιών υγείας μέσα από την Τοπική Αυτοδιοίκηση.
Το 2004 ίδρυσε το Εθνικό Διαδημοτικό Δίκτυο Υγείας και Κοινωνικής Αλληλεγγύης ΟΤΑ, σημερινό Εθνικό Διαδημοτικό Δίκτυο Υγιών Πόλεων του ΠΟΥ (ΕΔΔΥΠΠΥ), στο οποίο εκλέγεται συνεχώς πρόεδρος, αναπτύσσοντας πανελλαδικά προγράμματα προαγωγής της υγείας στους δήμους- μέλη.
Το 2006 εξελέγη για πρώτη φορά Δήμαρχος Αμαρουσίου. Το 2010 επανεξελέγη Δήμαρχος Αμαρουσίου από την πρώτη Κυριακή με ποσοστό 57%, ενώ το 2014 επανεξελέγη για τρίτη συνεχόμενη θητεία, επίσης από την πρώτη Κυριακή, με ποσοστό 58%.
Το 2008 ανέλαβε Πρόεδρος της Επιτροπής Κοινωνικής Πολιτικής και Ανθρώπινου Δυναμικού της ΤΕΔΚΝΑ. Το 2011 εξελέγη Πρόεδρος του Συνδέσμου για την Προστασία και Ανάπλαση του Πεντελικού (ΣΠΑΠ) και επανεξελέγη το 2013.
Παράλληλα, το 2011 εξελέγη για πρώτη φορά Πρόεδρος του Ιατρικού Συλλόγου Αθηνών. Επανεξελέγη το 2014, το 2018 και το 2022, καθιστάμενος ο μακροβιότερος Πρόεδρος του ΙΣΑ στην ιστορία του. Το 2012 ίδρυσε το Ιατρείο Κοινωνικής Αποστολής, σε συνεργασία με τον Αρχιεπίσκοπο Αθηνών κ.κ. Ιερώνυμο, παρέχοντας δωρεάν ιατροφαρμακευτική περίθαλψη σε χιλιάδες συμπολίτες στην Αττική και στις παραμεθόριες περιοχές.
Το 2014 εξελέγη Πρόεδρος της Κεντρικής Ένωσης Δήμων Ελλάδας (ΚΕΔΕ). Το 2015 εξελέγη Αντιπρόεδρος του Συμβουλίου Δήμων και Περιφερειών της Ευρώπης (CEMR), ενώ το 2016 επανεξελέγη στη θέση αυτή.
Το 2018 ανέλαβε Πρόεδρος του Ελληνικού Συμβουλίου Τουρισμού Υγείας (ELITOUR), αναπτύσσοντας δράσεις για την προώθηση του Ιατρικού Τουρισμού και της εξωστρέφειας της ελληνικής υγειονομικής κοινότητας. Παράλληλα ίδρυσε και το Παγκόσμιο Ιπποκράτειο Ινστιτούτου Ιατρών, που έχει ως στόχο να αναδείξει την οικουμενικότητα της Ιπποκράτειας Ιατρικής επιστήμης και Ιατρικής σκέψης, καθώς και να διασυνδέσει το ελληνικό και διεθνές ιατρικό επιστημονικό δυναμικό σε ολόκληρο τον κόσμο.
Στις περιφερειακές εκλογές του 2019 εξελέγη Περιφερειάρχης Αττικής με ποσοστό 66%. Τον Οκτώβριο του 2019 εξελέγη Α’ Αντιπρόεδρος της Ένωσης Περιφερειών Ελλάδας. Το 2020 εξελέγη Αντιπρόεδρος της Ευρωπαϊκής Επιτροπής των Περιφερειών και επικεφαλής της ελληνικής αντιπροσωπείας για την περίοδο 2020–2022, εκπροσωπώντας την Τοπική Αυτοδιοίκηση της χώρας σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η θητεία του ως Περιφερειάρχη ολοκληρώθηκε το 2023.
Το συγγραφικό και εκδοτικό του έργο περιλαμβάνει επιστημονικά άρθρα στην Ελλάδα και διεθνώς, καθώς και εκδόσεις όπως το βιβλίο «Πρώτες Βοήθειες», το βιβλίο Τουρισμός Υγείας Παρελθόν, Παρόν και Μέλλον από τις εκδόσεις Ελληνικά Γράμματα, τα περιοδικά «Νέοι Γιατροί» και «Δήμων Υγεία», καθώς και μελέτες όπως το «Πληθωρισμός ιατρών στην Αθήνα» του ΙΣΑ.
Είναι έγγαμος και έχει 2 γιους.