Роберт Джон Дауни-младший появился на свет 4 апреля 1965 года в Нью-Йорке. Роберт второй ребенок в семье. Его отец Роберт Дауни-старший — актер, режиссёр и продюсер, а мать Элси — актриса.В детстве Дауни получал небольшие роли в проектах своего отца. Его дебют в кино состоялся в возрасте пяти лет в фильме «Загон». В семь лет он сыграл в картине «Дворец Грисер». В 10 лет Роберта отправили в Англию, где он изучал классический балет. Дауни вырос в Гринвич-Виллидже, тут же он учился в Stagedoor Manor, учебном центре исполнительских искусств. В 1978 году его родители развелись, и Дауни вместе с отцом переехал в Калифорнию. Уже в 1982 году молодой человек бросил среднюю школу и переехал в Нью-Йорк, чтобы продолжить карьеру актёра.

В 20 лет Дауни-младший присоединился к команде, выпускающей популярное телешоу «Субботним вечером в прямом эфире». Получив такой опыт, он решил окончательно связать свою судьбу с киноиндустрией и перебрался в Голливуд. Там Роберт получил главную роль в комедии «Специалист по съему» (1987). В 1992 году на экраны вышел фильм  «Чаплин», в котором актёр исполнил роль легендарного комика. Критики назвали Роберта одним из самых многообещающих актёров.Однако в этот период у Дауни возникла наркотическая зависимость, из-за которой он был уволен со студии, где участвовал в съемках. По этой же причине распался его первый брак с моделью и певицей Деборой Фальконер. Переломным событием в жизни Роберта оказалось знакомство с Сьюзен Левин, продюсером. Ради любви к Сьюзен Дауни пошел курс лечения и вылечился от своей зависимости, а потом сделал любимой предложение.Он снова начал появляться на экранах в таких фильмах как «Поцелуй на вылет» и «Мех».Однако настоящее перерождение Дауни получил вместе с главной ролью в картине «Железный человек». Киностудии начали забрасывать его различными предложениями после выхода фильма.В 2009 году на экраны вышла картина Гая Риччи«Шерлок Холмс», где Роберт Дауни младший исполнил роль знаменитого сыщика. В первый же уик-энд фильм побил все рекорды по кассовым сборам.

В 2010 году вышло продолжение фильма «Железный человек 2». К слову, Дауни уже подписал договор на участие в третьей части фильма. В 2011 году также вышла вторая часть картины «Шерлок Холмс: Игра теней».У Роберта Дауни были семилетние отношения с Сарой Джессикой Паркер, но они разошлись в 1991 году.Первый брак: 1992-2004 с моделью и певицей Деборой Фалконер. В браке родился сын Индио (1993).Второй брак:  на съёмках триллера «Готика» в 2003 году Роберт познакомился с продюсером Сьюзан Левин, на которой женился в августе 2005 года. В 2011 пара объявила, что ждет ребенка. 7 февраля 2012 года у них родился сын Экстон Элиас Дауни.