Родился 1 августа 1879 г. в селе Золино Гороховецкого уезда (ныне Володарский район Нижегородской области) в семье сельского кузнеца. В семье было много детей, своей земли родители не имели и жили в постоянной нужде. Она и заставила Семена рано пойти на заработки.
В 1900 г. его призвали на действительную военную службу, отбыв которую, он остался на сверхсрочную. В общей сложности Семен Михайлович прослужил в Русской императорской армии семнадцать лет.
С началом Первой мировой войны 1914–1918 гг. Патоличев оказывается на фронте. Довелось побывать во многих переделках. Был ранен. О том, как воевал, красноречиво свидетельствовали Георгиевские кресты, полученные им за храбрость и отвагу. К 1916 г. стал полным георгиевским кавалером и получил чин прапорщика.
После Октябрьской революции и роспуска старой армии С. М. Патоличев вернулся в родные края. Но радость возвращения оказалась недолгой. В июле 1918 г. вспыхнули контрреволюционные мятежи в Ярославле, Рыбинске, Муроме и других городах округа. Гороховецкий уездный исполком направил С. М. Патоличева в Ярославль для участия в подавлении мятежа. В ярославских событиях Патоличеву довелось командовать ротой.
После подавления мятежа в Ярославле военный комиссар Ярославского военного округа М. В. Фрунзе назначил Патоличева командиром эскадрона сформированного в городе Шуе Владимирского полка.
В составе полка Патоличев участвовал в боях за Оренбург с войсками атамана Дутова, во взятии Уфы, Бузулука, станции Эмба. В ходе этих боев Патоличев был инструктором 10-го кавалерийского полка. В боях под Актюбинском по рекомендации М. В. Фрунзе он уже командовал 13-м кавалерийским полком.
В полную меру воинский талант С. М. Патоличева проявился в бытность его командиром Туркестанской кавбригады 11-й кавдивизии сначала в кавкорпусе, а затем в Первой конной армии С. М. Буденного.
В составе Первой конной Патоличев участвовал в боях с частями Добровольческой армии генерала Май-Маевского и Донской армии генерала Сидорина в результате которых были освобождены город Воронеж и станция Касторная.
Бригада Патоличева принимала участие в боях на Южном и Кавказском фронтах. Лихой командир участвовал в боях с частями генералов Мамонтова, Шкуро, Улагая, Челнокова, Павлова, Маркова. Его эскадроны брали Таганрог, Ростов-на-Дону и Майкоп, сражались за Бердичев и др. И всегда впереди бригады во всех сражениях шел ее командир, поддерживая и подбадривая бойцов. Вместе с отцом в бригаде воевал и его пятнадцатилетний сын Михаил.
В конце мая 1920 г. приказом Реввоенсовета Первой конной армии командир 2-й кавбригады Патоличев Семен Михайлович был награжден орденом Красного Знамени, который ему на фронте вручил Председатель ВЦИК Михаил Иванович Калинин.
18 июля 1920 г. в ходе ожесточенных боев с войсками польского генерала Крайовского за город Дубно Ровенской области Украины Семен Михайлович Патоличев был смертельно ранен.
Похоронен С. М. Патоличев в селе Мирогоща Ровенской области. Здесь же в селе комбригу был открыт памятник, изваянный из мрамора и гранита, (скульптор Б. П. Рачков), а в Гороховце – скульптурно-декоративная композиция (скульптор В. Л. Каплун). Одна из площадей Гороховца названа именем Патоличева, а в Дзержинске его имя носит одна из улиц.
После гибели комбрига осталось семеро сыновей: старший Михаил воевал вместе с отцом и был награжден орденом Красного Знамени (1925 г.); Николай стал впоследствии министром внешней торговли СССР, Дважды Героем Социалистического труда.
Маршал Советского Союза Семен Михайлович Буденный в своей книге «Пройденный путь» назвал Патоличева талантливым кавалерийским начальником, славным сыном русского народа.
Петров В. В. Патоличев Семен Михайлович // Владимирская энциклопедия : биобиблиографический словарь. – Владимир, 2002. – С. 333.
Известков А. Георгиевские кавалеры // Владимирские ведомости. – 2014. – 27 марта–2 апр. (№ 55). – С. 11.
Выставка «Среди зноя и пыли мы с Буденным ходили...». – Текст : электронный // Владимирская областная научная библиотека : [официальный сайт]. – URL: https://library.vladimir.ru/vystavki-2/vystavka-sredi-znoya-i-pyli-my-s-budyonnym-xodili.html (дата обращения: 16.08.2019).
Патоличев Семен Михайлович. – Текст : электронный // Муниципальное бюджетное учреждение культуры «Современный культурный центр им. П. П. Булыгина» Гороховецкого района Владимирской области : [официальный сайт]. – URL: http://www.grhlib.ru/ww1/gergievskov/patolichev.html (дата обращения: 16.08.2019).