Robert Pattinson sündis Londonis. Tema ema töötas modelliagentuuris ning isa tegeles vanemate autodega importimisega Ameerika Ühendriikidest. Noore Roberti näitlejakarjääri esimeseks sammuks olid väiksemad rollid teatrietendustes, kuni jäi silma ühele kohalikule agendile. Kaheteistaastasena alustas Pattinson ka modellitööga, mis kestis paraku vaid neli aastat - ebaedu põhjendas ta liiga meheliku välimusega.

Tema esimesteks filmirollideks olid aga väiksemad etteasted telefilmis "Ring of the Nibelungs" (2004) ja Mira Nairi linateoses "Vanity Fair". Suurem tähelepanu tabas Pattinsoni aga filmiga "Harry Potter and the Goblet of Fire", kus noormees mängis filmi sarmikat kõrvaltegelast Cedric Diggoryt.

Ülemaailmse kuulsuse saavutas ta aga 2008. aastal linastunud menuka vampiiriromaani "Twilight" filmiadaptatsiooniga, kus mängis kaunist vampiiri Edward Cullenit, kel tekib armulugu Forksi väikelinna kolinud tütarlapse Bella Swaniga. Culleni kingadesse naases Robert järgneval aastal "Twilighti" järjelooga "New Moon".

Vabal ajal tegeleb Pattinson kitarri- ja klaverimänguga. Kaks tema sisse lauldud pala on esindatud ka "Twilighti" soundtrackil ("Let Me Sign" ja "Never Think"). Aastal 2008 valis ajakiri People Pattinsoni üheks seksikaimaks elavaks meheks. Noormees elab hetkel Los Angeleses.