Robert Downey Jr (ur. 4 kwietnia 1965 roku w Greenwich Village, w Nowym Jorku, w stanie Nowego Jorku) ma żydowskie, niemieckie, szkockie i irlandzkie korzenie. Jest młodszym dzieckiem i jedynym synem awangardowego reżysera filmowego i aktora Roberta Downeya Seniora oraz tancerki i piosenkarki Elsie Ford. Ma starszą siostrę Allyson Lee (ur. 1963).
Wychowany w rodzinie artystów już jako dziecko poznał pracę na planie filmowym. Mając 5 lat stawiał pierwsze kroki przed kamerą w filmie fantasy swojego ojca Funt (Pound, 1970) jako zarozumialec i dwa lata później w komediowym westernie Pałac Greasera (Greaser's Palace, 1972). W 1975 roku uczęszczał do Perry House School w Chelsea i uczył się klasycznego baletu w Londynie. Jako nastolatek zaczął komponować, a jego pasją stała się gra na fortepianie. W 1982 roku przerwał naukę w Santa Monica High School w Santa Monica, powrócił do Nowym Jorku, gdzie w wieku dwudziestu lat rozbawiał publiczność wcielając się w rozmaite role w programie NBC Saturday Night Live (1985-'86).
Na dużym ekranie zaczynał od ról młodych buntowników i wesołych nastolatków; jako kobieciarz zadurzony w nieczułej na jego wdzięk córce szefa miejscowej mafii w komedii romantycznej Podrywacz artysta (The Pick-up Artist, 1987) czy w roli bogatego chłopaka uzależnionego od narkotyków w dramacie Mniej niż zero (Less Than Zero, 1987). Największym sukcesem okazała się sugestywna kreacja Charlie'ego Chaplina, człowieka ze wszystkimi słabostkami i dziwactwami w dramacie biograficznym Richarda Attenborough Chaplin (1992), za którą przyznano mu nominację do Oscara. Specjalnością stały się romantyczne role komediowe, które gra w sposób brawurowy ze swadą i autoironią. Za rolę biznesmena w komedii fantasy Serce i dusze (Heart and Souls, 1993) odebrał nagrodę Saturna. Postać adwokata Larry'ego Paula w serialu Fox Ally McBeal (2000-2001) została uhonorowana nagrodą Złotego Globu i nominacją do nagrody Emmy. W 2001 roku wystąpił w teledysku Eltona Johna do piosenki I Want Love.
23 listopada 2004 roku wydał pierwszy solowy album The Futurist (wyd. Sony Classical) – wokalista, kompozytor i autor tekstów. Ta płyta była najlepiej sprzedającym się debiutem w Stanach w owym roku. Na płycie znalazł się cover piosenki Smile, który w oryginale wykonywał Charlie Chaplin.
W serialu Ally McBeal wykonał piosenki: River z repertuaru Joni Mitchell, Chances Are w duecie z Vondą Shepard, Every Breath You Take w duecie ze Stingiem. A na płycie For Once in My Life ze ścieżką dźwiękową do serialu wykonał własną kompozycję Snakes. Największy sukces odniósł wcielając się w rolę Iron Mana w filmie "Iron Man". Zagrał też Sherlocka HolmesaSherlock Holmes w 2009.