Robert Thomas Pattinson nasce a Londra il 13 maggio del 1986. Sua madre Clare lavorava per un’agenzia di modelli e suo padre Richard importava auto d’epoca dagli Stati Uniti. Ha frequentato la Harrodian Private School a Londra.Ha due sorelle: Lizzy, cantante inglese di medio successo, e Victoria Pattinson.
La sua carriera inizia come attore di teatro quando aveva 15 anni.Grazie alle sue esperienze teatrali, Robert riesce ad avviare la carriera cinematografica quasi immediatamente e con ruoli quasi sempre legati al filone fantasy.
Nel 2005 Mike Newell lo sceglie per interpretare Cedric Diggory nel quarto capitolo della saga di Harry Potter in Harry Potter e il calice di fuoco.
Nel 2007, viene accreditato nel film Harry Potter e l'Ordine della Fenice diretto stavolta da David Yates, dove però apparirà solamente per pochi secondi in un flashback nei primi minuti del film e in una fotografia nei minuti successivi.
Il 2008 è un anno carico di impegni per Robert: viene ingaggiato come protagonista nel film indipendente How To Be, diretto da Oliver Irving. La pellicola partecipa a diversi Festival internazionali del cinema, facendo infine vincere a Robert il premio come miglior attore protagonista al Festival Internazionale del Cinema di Strasburgo.
Nel luglio del 2007, viene scelto dopo un travagliato casting, come protagonista di Twilight, diretto da Catherine Hardwicke, dove interpreta il ruolo del vampiro Edward Cullen. Il film è il primo di una serie di quattro pellicole, tratte dai romanzi di Stephenie Meyer. Sempre nel 2008, interpreta Salvador Dalì in Little Ashes, un film diretto da Paul Morrison, che tratta della presunta amicizia-love story del pittore con il poeta Federico Garcia Lorca e che uscirà nelle sale italiane il 22 maggio 2009. L'attore è stato ingaggiato per il secondo episodio della saga di Twilight, New Moon diretto da Chris Weitz. L'uscita della pellicola è prevista per il 20 novembre 2009.