Роберт Джон Дауни-младший родился 4 апреля 1965 года в семье известного режиссера, актера и продюсера Роберта Дауни. Его мать также из актерской среды - актриса Элси Форд. Дауни-старший имеет ирландские и русско-еврейские корни, а мать - шотландские и немецкие.

Уже в раннем детстве у Роберта появилась возможность понять, что такое актерское ремесло - он участвовал в проектах отца. Его карьера началась уже в 5 лет, когда он сыграл больного щенка в фильме 1970 года «Загон». В семь лет актер играет во «Дворце Грисера», а в десять для общего развития занимается классическим балетом в Англии. В юности Роберт Дауни-младший учился в Нью-Йорке в центре исполнительских искусств «Stagedoor Manor».

В 1978 году родители развились и Роберт уехал за отцом в Калифорнию, но скоро понял, что для продолжения актерской карьеры ему нужно возвращаться в Нью-Йорк. В 20 лет Роберт Дауни-младший еще раз убедился в том, что хочет быть актером. Он попробовал свои силы на телевидении, а в 1987 году получил главную роль в молодежной комедии «Специалист по съему». Харизматического актера звали все в новые и новые комедийные проекты, однако он с радостью взялся за роль трудного подростка в фильме «Меньше нуля».

В 1992 году Роберт Дауни-младший сыграл Чарли Чаплина в одноименном фильме. Тогда его по-настоящему заметили, как серьезного актера. Он даже был номинирован на премии «Оскар» и «Золотой глобус». Однако конкуренты в тот год были очень сильны - «Оскар» ушел к Алю Пачино за его работу в «Запахе женщины».

Но с 1992 года Роберт - многообещающий актер, которого норовит заполучить каждый режиссер, к сожалению, увлекается наркотиками и даже попадает в тюрьму, когда его останавливают голым за рулем автомобиля, а в его крови находят героин и кокаин. Только ради любимой женщины Дауни находит в себе силы освободиться от разрушительного пристрастия.

Практически каждая его роль хорошо принимается критиками. Так было и с работой в фильме «Поцелуй навылет» и «Мех» с Николь Кидман, где он играл человека, полностью покрытого волосами. Оглушительная популярность приходит к нему с участием во франшизе «Железный человек». Кроме того, Роберт подписался на участие в третьей части фильма и в «Мстителях».

В 2008 году Дауни-младший снова в шаге от премий «Оскар» и «Золотой глобус» за роль в фильме «Солдаты неудачи» Бена Стиллера. В конце 2009 года на экраны вышел фильм Гая Ричи «Шерлок Холмс», где в паре с Джудом Лоу, который играет доктора Ватсона, Роберт исполнил роль знаменитого сыщика Холмса. В первый же уик-энд фильм побил все рекорды по кассовым сборам, а Роберт Дауни - младший получил премию «Золотой Глобус» в номинации «Лучшая мужская роль - комедия или мюзикл».

В 2011 году вышла вторая часть фильма про Шерлока Холмса - «Шерлок Холмс: Игра теней», где герой Дауни-младшего борется с профессором Мориарти. Год спустя на широких экранах появилась лента «Мстители», а также завершающая часть трилогии о Тони Старке - «Железный человек 3».

Роберт встретил Сару Джессику Паркер в 1984 году на съемках фильма «Перворожденный». Пресса охотно следила за отношениями двух молодых, подающих надежду актеров. Впрочем, тогда о Саре Джессике упоминали, в основном, как о подружке знаменитого актера. Она слишком любила его, чтобы завидовать.

Единственной, но существенной проблемой для продолжения отношений стали наркотики. Девушка пыталась перевоспитать хулигана Дауни, но он не желал поддаваться. Еще в 8 лет он узнал, что такое марихуана, ведь вырос в довольно богемной среде. Семь лет продлился роман Роберта Дауни-младшего с Сарой Джессикой Паркер, но браком так и не закончился.

С 1992 года актер был женат на Деборе Фалконер. У них есть общий сын Индио, родившийся в 1993 году. Но пара рассталась опять же из-за тяги Дауни к наркотикам. Ради второго брака Роберт Дауни-младший завязал с наркотиками. Его супругой стала продюсер Сьюзан Левин в 2005 году. Они встретились еще на съемках «Готики». В 2012 и 2014 годах на свет появились их общие дети: сын Экстон и дочь Эйври.