Pattinson nació en Londres, Inglaterra. Su madre, Clare, trabajaba para una agencia de modelaje, y su padre, Richard, importaba coches antiguos de EE.UU. Comenzó su carrera como actor en la Compañía de Teatro Barnes para principiantes, a los 15 años. Después de algunos años en aquella compañía empezó a actuar en funciones. Robert llamó la atención de un agente de actores mientras actuaba en la producción de la obra Tess of the D'Urbervilles, y desde ahí comenzaron a buscarle papeles profesionales. A partir de ahí participó en varias películas televisivas, como en la película alemana Ring of the Nibelungs (El anillo de los Nibelungos) en 2004, y en Vanity Fair interpretando a Rawdy Crawly, pero sus escenas fueron eliminadas y sólo se pueden ver en la edición DVD. En mayo de 2005 fue contratado para aparecer en el estreno de The woman before en el Reino Unido, pero fue despedido poco antes de la apertura de la noche y fue sustituido por Tom Riley. A finales de ese mismo año, interpretó a Cedric Diggory en la película Harry Potter y el cáliz de fuego. Como consecuencia, fue nombrado "British Star of Tomorrow (Estrella Británica del futuro)" por el periódico Times Online, e incluso más de una vez ha sido promocionado como el nuevo Jude Law Apareció en la campaña publicitaria de la colección Hackett para la temporada de otoño de 2007. En ese mismo año, se anunció que Robert interpretaría a Edward Cullen en Crepúsculo, una película basada en el best-seller homónimo de Stephenie Meyer. Colabora en la banda sonora de la película con el sencillo Never think. Ha declarado que le gustaría grabar un disco de música, pero que no lo haría a través de una discográfica, sino de manera independiente. También actúa en el cortometraje The Summer House y en las películas How to Be (únicamente presentada en un festival de cine), That Bad Mother's Handbook y Little Ashes, donde interpreta al joven Salvador Dalí. Ha declarado que le gustaría grabar un disco de música, pero que no lo haría através de una discográfica, sino de manera independiente. En enero de 2009 iba a grabar una película llamada Parts per billion, pero finalmente no la hizo por falta de tiempo. En marzo del mismo año comenzó a rodar la segunda parte de Crepúsculo, titulada Luna nueva, continuando con el personaje de Edward Cullen. En julio rodó la película romántica Remember Me, junto a Emilie de Ravin y Pierce Brosnan Entre los meses de agosto y octubre rodó Eclipse.