Robert Downey Jr., 4 Nisan 1965'te Manhattan, New York'ta, yazar, yönetmen ve film yapımcısı Robert Downey Sr. ve aktris Elsie Downey(tam adı Elsie Ann Ford)'nın çocukları olarak dünyaya geldi. Robert'ın babası yarı Litvanyalı Yahudi, dörtte bir Macar Yahudi ve dörtte bir de İrlandalı'dır. Annesi ise İngiliz, İskoç ve Alman kökenlerine sahiptir. Robert ve kız kardeşi olan Allyson Downey henüz genç yaşlarındayken sinema ve sahne sanatlarına ilgi duymaya başladılar. Robert Downey Jr., bu ilgisinin de etkisiyle New York'ta bulunan Stagedoor Manor Sahne Sanatları Eğitim Merkezi’nde okudu. Anne ve babası 1978 yılında boşanan Robert Downey,  1982 yılında eğitimine devam etmekte olduğu Santa Monica Lisesi'nden ayrıldı. Baba tarafından her zaman şanssız olmuş olan Robert Downey Jr., kendisi de uyuşturucu bağımlısı olan babasının da etkisiyle henüz genç yaşlarında uyuşturucu madde bağımlısı oldu. Bu bağımlılık onun sonraki hayatında yıllarca sürecek olan çileli kurtulma mücadelesinin de fitilini yakmıştır.

Robert Downey Jr., henüz beş yaşındayken ilk filmi olan ve babası Robert Downey Sr. tarafından yönetilmiş olan Pound(1970) filminde rol aldı. 1980'li ve 1990'lı yıllarda farklı türlerde rol almış olan Robert Downey Jr., o dönemlerde Tuhaf Bilim(1985), True Believer(1989) ve Harika Çocuklar(2000) isimli yapımlarda rol aldı. Kendisi 1992 yılında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi ve Chaplin(1992) adlı yapımdaki performansı ile En İyi Erkek Oyuncu dalında BAFTA(British Academy Award) ödülüne layık görüldü.

Robert Downey Jr., sinema ve televizyon kariyeri boyunca çok farklı karakterlere hayat vermiştir. Robert Altman 'ın Sosyeteden İnsan Manzaraları(1993) filminde en iyi arkadaşı cinayet işleyen bir sinema sanatçısı olarak karşımıza çıkmıştır. Oliver Stone 'un unutulmaz filmlerinden olan Katil Doğanlar filminde, Woody Harrelson ve Juliette Lewis ile birlikte kamera karşısına geçen Robert Downey Jr., cinayet işleme çılgınlığı içinde olan bir çiftin peşinde koşan bir haber muhabiri rolünü oynamıştır. Komedi Kalp ve Ruhları(1993) adlı filmde ise dört ayrı hayaletle özel bir ilişki yaşamakta olan genç bir adam kılığındadır.

Ünlü aktörün uyuşturucu bağımlılığı ile ilgili problemleri 1996 yılından 2001 yılına kadar ciddi bir artış göstermiştir. Robert Downey Jr., bu dönemde defalarca kez tutuklanmış, rehabilitasyona girmek zorunda kalmış ve hapishanede bir süre kalmıştır. Kariyerinin verimli sayılabilecek bir zamanında yaşadığı bu problemler onun mesleki başarılarına da gölge düşürmüş ve ünlü oyuncu yer almakta olduğu Ally McBeal(1997) dizisinden kovulmuştur. Bundan sonra ise hayatına çeki düzen vermeyi başaran aktör 2003 yılında her şeye yeniden başlamış ve kariyerinde geri kaldığı adımları tekrar tırmanmaya başlamıştır.

Mayıs 2008 tarihi muhtemelen Robert Downey Jr. için kariyerinin dönüm noktalarından bir tanesi olmuştur. Jon Favreau 'nun yönetmenliğini yapmış olduğu ve Marvel'in önemli figürlerinden olan Demir Adam filminde canlandırdığı Iron Man karakteri ile gişede muazzam bir başarıya ulaşan oyuncu eleştirmenlerden de tam not aldı. 2008 yılının Ağustos ayında, Jack Black ve Ben Stiller ile birlikte rol almış olduğu komedi türündeki Tropik Fırtına filminde canlandırmış olduğu Kirk Lazarus karakteri ile En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu dalında Akademi Ödülü'ne aday gösterilen Robert Downey Jr., artık yüksek bütçeli yapımların aranılan yıldızlarından birisi haline gelmiştir.

Aralık 2009'da Robert Downey Jr., Arthur Conan Doyle 'un unutulmaz eserinden sinemaya uyarlanan Sherlock Holmes 'te Jude Law ile birlikte başrol oynadı. Guy Ritchie 'nin yönetmen koltuğunda oturduğu film, Robert Downey Jr.'a En İyi Performans kategorisinde Altın Küre kazandırdı.