Robert Pattinson v sobě už jako v teenagerovi objevil talent sportovní, hudební i herecký. Právě ten herecký se ale rozhodl rozvíjet nejvíce, když v patnácti letech začal hrát v klasických divadelních hrách. V roce 2004 se mu dostalo první filmové zkušenosti ve filmu Království prstenu a téhož roku si zahrál po boku herečky Reese Witherspoon v Jarmarku marnosti. Více na sebe upozornil o rok později v roli Cedrika Diggoryho ve filmovém zpracování Harryho Pottera a Ohnivého poháru.
Skutečný zlom Robert Pattinson ale zaznamenal až v roce 2008 s rolí Edwarda Cullena v několikadílné sáze Stmívání. Během natáčení dalších pokračování si udělal čas i na role v jiných zajímavých projektech. Velmi zaujal v dramatu Nezapomeň na mě a v roce 2011 se objevil znovu po boku Reese Witherspoon, se kterou zazářil v romantickém dobrodružném dramatu Voda pro slony. Vrátil se i ke klasice v podobě adaptace klasického dramatu Miláček.
Už od mládí se Robert Pattinson věnuje i modelingu. Dlouhou dobu však odmítal všechny reklamní nabídky. Koncem roku 2013 však se slovy „jednoduše to přišlo v ten správný čas“ kývl na spolupráci s módním domem Dior a stal se tváří parfému Dior Homme. V krátkém propagačním filmu si spolu s francouzskou modelkou Camille Rowe užívá New Yorku.
Robert Pattinson přiznal, že líbací scény s Camille mu vůbec nebyly nepříjemné a že si dokonce uvědomil, jak rád by měl francouzskou přítelkyni. Jeho bývalá přítelkyně byla Kristen Stewart, herecká kolegyně ze Stmívání, se kterou Robert Pattinson po několika letech ukončil vztah po její přiznané nevěře s Rupertem Sandersem. Média se o bouřlivý rozchod velmi zajímala a Robert Pattinson se na určitou dobu uzavřel a trpěl depresí.