Robert Downey Jr. 4 Nisan 1965 yılında Manhattan New York'ta doğmuştur. Annesi ve babası da, kendisi gibi film endüstrisinin bir parçasıydı. Babası aktör ve yönetmendi, annesi ise çok ünlü olmayan bir aktris idi. Babası bir yönetmen olduğu için, Robert babasının filmlerinde 5 yaşından itibaren küçük çaplı rollerde oynamıştır. Stagedoor Manor Sahne Sanatları Enstitüsü'ne 12 yaşındayken katıldı. 13 yaşında Kaliforniya'ya taşındı ve Santa Monica Lisesi'nde okumaya başladı. 1982'de tam zamanlı bir oyunculuk kariyeri için okulu bırakıp, New York'a geri taşındı.
Tiyatro ve filmlerde ufak rollerde oynadı. Kariyerinin başlamasına, 1987'de "Less Than Zero" filminde bir uyuşturucu bağımlısını oynaması sebep oldu. Performansıyla eleştirmenler ve film meraklıları tarafından çok olumlu eleştiriler aldı. Sergilediği gerçekçi performans diğer yönetmenlerin de dikkatini çekti. "Soapdish", "Chances are", "Air America" gibi filmlerde rol aldı.
1992'de Charlie Chaplin filminde oynadığı Charlie rolü ile tekrar gündeme geldi. Bu film ile En İyi Erkek Oyuncu dalında Akademi Ödülü'ne aday oldu. 1990'ların başarılı filmlerinin çoğunda düzenli olarak rol aldı ama düzenli olarak işlediği suçlardan ve uyuşturucu kullanımından dolayı hapis yattı. Aylar süren rehabilitasyon tedavisinden sonra, "Ally McBeal" dizisinde rol aldı. 2003 yapımı "The Singing Detective" filmiyle oyunculuk kariyerine geri döndü. Yıllar geçtikçe "Gothika", "Kiss Kiss Bang Bang", "Zodiac", "Goodnight and Goodluck" ve "A Scanner Darkly" gibi daha başarılı filmlerde rol aldı. İlk gişe rekoru kıran filmi "Iron Man" ile oldu, 580 milyon dolardan fazla para kazandı. Bu film ile Hollywood'da bir süper star haline geldi. "Iron Man 2" ile 620 milyon dolar, "Iron Man 3" ile 1.2 milyar dolar kazandı. Ayrıca "Avengers" ve "Sherlock Holmes" filmlerinde de rol aldı.