Patrioterna utreds över anklagelser som de underblåste bollar i att slå Indianapolis Colts för att nå showpiece händelsen.
Men trots att de släpade 24-14, de samlade för att bli det första laget i Super Bowl historia för att följa med dubbla siffror i andra halvlek och vinna.
Patrioterna tog ledningen med två minuter kvar och höll fast vid segern.
New England Patriots quarterback Tom Brady utsågs till den mest värdefulla spelaren i Sunday's Super Bowl, med de 37-åriga kasta fyra touchdown passer, inklusive två i det fjärde kvartalet.
Han satte ett nytt rekord för karriär Super Bowl touchdown passerar med 13 för att bryta det gamla märket som innehas av hans barndom idol Joe Montana. Bradys 37 kompletteringar satte också ett nytt Super Bowl rekord.
Popstjärnan Katy Perry var stjärnan attraktion i intervallet och hon fick sällskap av speciella gäster Lenny Kravitz och Missy Elliott.
Perry gick in i planen på ett jättelikt gyllene robotlejon när hon sjöng sin hit 'Roar' innan Kravitz gav några rock och Missy Elliott några hip-hop.
Den klimax såg Perry lyft 50 fot från marken genom en mekanisk conmption och hon sjöng 'Firework' när hon flöt över planen.
Seattle Seahawks huvudtränare Pete Carroll kritiserades för sitt beslut att kasta, snarare än att köra bollen med powerhouse Marshawn Lynch, med sitt team en gård ut och bara sekunder kvar.
"Den pjäsen samtal kommer att hemsöka Pete för resten av sin karriär", sade tidigare Cowboys mottagaren Terrell Owens.
"Varför bli söt då?" före detta Green Bay Packers spelare Bucky Brooks kommenterade.
Men Katy Perry fick en del beröm. Popstjärnan Britney Spears sa: "Halftime showen! Katy Perry du rockade det."
New England Patriots övervann "deflate-gate" raden för att slå Seattle Seahawks 28-24 i Super Bowl.