Il a commencé sa carrière a l'âge de 15 ans, dans la troupe de Théâtre Barnes. Il a eut des rôles encourageants dans le téléfilm L'Anneau Sacré en 2004, et dans Vanity Fair, la Foire aux Vanités réalisé par Mira Nair. Plus tard cette année-là, il joua Cedric Diggory dans Harry Potter et la Coupe de Feu. Par conséquent, il a été nommé La Star Anglaise de Demain de cette année-là par Times Online. Il a été prétendu plus d'une fois comme étant le prochain Jude Law. Robert est apparu dans la campagne promotionelle d'automne 2007 de Hackett. Il a le rôle principal dans les prochains longs-métrages Little Ashes, dans lequel il joue Salvador Dalí, How To Be, une comédie anglaise indépendante, et dans le court-métrage The Summerhouse.
Le 11 Decembre 2007 Summit Entertainment a annoncé que Robert Pattison tiendra le rôle du beau et séduisant vampire Edward Cullen, dans l'adaptation cinématographique de Twilight ( Fascination en français ). Best Seller écrit par Stephenie Meyer. Il est actuellement en train de travailler sur un projet nommé Parts Per Billion, qu'il appelle "un des scripts les plus lyriques que j'ai jamais lus dans ma vie".
