Né à New York, Robert Downey Jr décide à l'adolescence d'entamer une carrière de comédien. À l'âge de 18 ans, il se retrouve au générique du drame de John Sayles, Baby it's You, puis deux ans plus tard, il rejoint le casting de la comédie fantastique Créature féroce, sous la direction de John Hughes. C'est cependant en rejoignant l'équipe du Saturday Night Live à 20 ans, qu'il fait parler de lui et qu'il devient célèbre. Il se fait remarquer au cinéma pour sa prestation dans Neige sur Beverly Hills (1987) où il incarne un adolescent sous l'emprise de la cocaïne. Ironie du sort, c'est à partir de ce tournage, que l'acteur plonge réellement dans l'enfer de la drogue, alternant tournage, séjour en prison et en centre de désintoxication. En 1993, cependant, il prend les traits de celui que l'on nommait Charlot, pour le biopic Chaplin de Richard Attenborough. Grâce à ce rôle, il obtient une nomination à l'Oscar et remporte un British Academy Film Awards du Meilleur Acteur.

En 2008, l'interprète d'Iron Man dans les films des studios Marvel, un premier film qui se trouve à l'origine de la création de l'Univers cinématographique Marvel. Ce rôle, qu'il interprète dans la trilogie Iron Man ainsi que dans les films des séries Avengers, Captain America et Spider-Man, lui vaut d'être l'un des acteurs les mieux payés au monde.