羅伯在中學畢業後加入巴恩斯劇團俱樂部 (Barnes Theatre Club)。在後台工作兩年後，參加《紅男綠女》的試鏡獲得了一個古巴舞者的角色。後來在桑顿·怀尔德的《Our Town（英语：Our Town）》中飾演主角George Gibbs，被坐在觀眾席上的經紀人發掘，開啟尋求專業角色的契機。在英國Old Sorting Office Arts Centre（英语：OSO Arts Centre）參與《Anything Goes》、《Macbeth》及《黛絲姑娘》的演出[27]。
2004-2007年：事業早期
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2004年，羅伯的第一個銀幕角色是電視電影《黑暗王朝：魔域屠龍（英语：Dark Kingdom: The Dragon King）》，當時他演的出一個小配角，據説演出所賺到的所有收入幾乎都用來繳交哈羅德中學（英语：The Harrodian School）的學費。同年，他被印度女導演米拉·奈兒看中，參與了名著改編電影《浮華新世界》的拍攝，但基於劇情考慮，他的戲份最終全被刪剪，只出現在DVD版本中[28][29]。
2005年5月，羅伯原先預定出演皇家宮廷劇院（英语：Royal Court Theatre）的《The Woman Before》，但在英國首演前被解僱，角色由山姆·萊利頂替[30]。同年11月，在《哈利波特：火盃的考驗》中飾演「三巫鬥法大賽」鬥士之一的西追·迪哥里。雖然戲分不多，矚目度也不如其他同劇演員來得高，但憑著俊美外表及帶著濃厚歐洲貴族氣息的他，被時代雜誌喻為「英國明日之星[31]」、裘德·洛的接班人[26][32][33]」。
2006年10月31日，羅伯在BBC Four的心理戰慄影片《迷魂飛行員（英语：The Haunted Airman）》（改編自Dennis Wheatley（英语：Dennis Wheatley）小說《The Haunting of Toby Jugg（英语：The Haunting of Toby Jugg）》）中演出，並獲得好評[34][35][36]。《The Stage》讚揚：「他飾演的飛行員有著一種青春的驚駭與世間使人厭煩的犬儒主義。[37]」
2007年2月，羅伯在電視電影《壞媽媽手記（英语：The Bad Mother's Handbook）》中飾演配角。該劇改編自Kate Long（英语：Kate Long）同名暢銷小說[38][39]。
2008-2013年：暮光系列時期
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2008年11月，羅伯在《暮光之城：無懼的愛》（改編自史蒂芬妮·梅爾同名暢銷小說）中飾演神秘俊美的吸血鬼愛德華·庫倫。據《电视指南》報導，羅伯最初為試鏡憂慮，擔心自己不能演活這樣「完美」的角色[40]。當時女主角早已選定由克莉絲汀·史都華擔演，而男主角卻遲遲未定案。最終，羅伯在導演凱薩琳·哈德薇克家參與試鏡，在眾多演員中脫穎而出。電影上映後，更讓羅伯真正嚐到走紅的滋味[41]，搖身一變，成為風靡全球的少女殺手的電影明星。
羅伯曾於受訪時提到，傑克·尼克遜是他在戲劇表演上的指標，希望自己能成為能跟尼克遜一樣的全方位演技派演員，而非靠著一張漂亮臉皮而獲得少女觀眾的偶像。儘管電影得到的評價不一，但評論者都稱讚羅伯與克莉絲汀兩人有微妙的化學作用[42]。《紐約時報》稱羅伯是「有能力及有異國情調的美麗」演員[43]；影評人羅傑·艾伯特稱讚羅伯是這個角色的「最佳人選」[44]。
同年1月，羅伯參與了一齣由奧利弗·埃文（英语：Oliver Irving）編導的低成本喜劇電影《如何是好（英语：How to Be）》[45][46]，在多個影展放映，獲得影評人褒貶不一的評價[47][48]。
2009年11月，《暮光之城：新月》上映。以1.42億美元打破首週末票房紀錄，最終全球總票房達7億美元[49]。電影得到負面評價，但《芝加哥論壇報》的影評人Michael Phillips（英语：Michael Phillips）表示儘管派汀森的妝容很糟糕，但仍然有興趣觀看[50]；《阿利桑那共和報（英语：Arizona Republic）》的Bill GoodyKoontz（英语：Bill GoodyKoontz）說派汀森實際在電影中出場的次數並不多，但他盡力而為[51]；《華盛頓郵報》的Michael O'Sullivan（英语：Michael O'Sullivan）指他的演技是一致的強烈[52]。
英國Revolver娛樂公司（英语：Revolver Entertainment）更發行一部紀錄了羅伯生活細節與受歡迎程度的紀錄片《Robsessed》[53]。
羅伯·派汀森出席2009年的第81屆奧斯卡金像獎頒獎典禮[54]
同年，羅伯於保羅·莫里森（英语：Paul Morrison (director)）執導的西班牙英語劇集《達利和他的情人》中飾演薩爾瓦多·達利[55]；並參與Daisy Gili導演的短片《夏日小屋（The Summer House）》（後收錄在由五部短篇單元合集而成的《愛與不信任（英语：Love & Distrust）》中，講述來自不同背景的八個人對真正滿足的追求。）[56][57][58]。
2010年3月，羅伯主演《記得我》，更擔任執行製片人一職[59][60]。《美聯社》Jake Coyle說派汀森在銀幕上有著「明顯的形象」，但在《記住我》，他刻意且自我意識地留意著。垂下眼睛、捲起衣袖，香煙巧妙地從他的嘴裡下垂，泰勒·霍金斯這個角色（如同愛德華·庫倫）是一個不情願的浪漫主義者[61]；《帝國雜誌》指這是派汀森最好的作品[62]；《好萊塢報導》 Kirk Honeycutt讚賞派汀森與拍檔艾蜜莉·迪瑞文在電影的化學作用，指兩人散發蓍不造作的魅力[63]。
同年5月，羅伯出席電視脫口秀《奥普拉·温弗里秀》（13日）及《艾倫·狄珍妮秀》（18日），為《暮光之城：蝕》宣傳[64]，並出席於2010年6月24日於洛杉磯諾基亞劇院（英语：L.A. Live#Nokia Theatre）的《暮光之城：蝕》紅地毯全球首映[65]。電影於2010年6月30日發布，全球共賺得$698,491,347美元[66][67]。
羅伯·派汀森2011年出席電影《大象的眼淚》首映。
2011年4月，羅伯在電影《大象的眼淚》中飾演Jacob Jankowski，電影改編自莎拉·格魯恩（英语：Sara Gruen）的同名小說[68]，本片除了演出，還擔任製片人一職。《時代雜誌》的影評人Richard Corliss（英语：Richard Corliss）讚賞派汀森為「害羞和耐看的」，並說他「散發一種緩慢的磁性，能令觀眾眼睛鎖定在他身上」的「明星氣質」[69]；《舊金山紀事報》的Mick LaSalle（英语：Mick LaSalle）表示派汀森已成功將自己置於故事的中心，且「值得無限觀看」[70]；《滾石雜誌》的彼得·崔維斯說在戲中是「悶燒」[71]；而《好萊塢報導》的陶德·麥卡錫稱派汀森所飾演的雅各完全有足夠說服力[72]。
同年11月，《暮光之城：破曉Ⅰ》上映，全球票房$705,058,657美元[73]。
2012年2月，羅伯在《俊俏誘情人》（改編自居伊·德·莫泊桑1885年的同名小說）中飾演喬治·杜洛華（Georges Duroy）[74]，電影於第62屆柏林影展全球首映[74][75]。
同年5月，由大衛·柯能堡執導的電影《夢遊大都會（英语：Cosmopolis (film)）》（改編自堂·德里羅同名小說），[76]，在第65屆坎城影展首映並角逐金棕櫚獎[77][78]。《綜藝雜誌》的Justin Chang（英语：Justin Chang）寫道：「電影製作人和素材的驚人且精確地匹配，以乳膠手套探討了1%人的無靈魂……派汀森的出色表演不可或缺。[79]」；《每日電訊報》的Robbie Collin（英语：Robbie Collin）指羅伯有一種轟動的表演能力，「是的，派汀森飾演的帕克就像一個人類的火山口，在冷漠的面孔下，神經能量和自我厭惡在火山深處攪動著[80]」；而《娛樂周刊》的歐文·格萊伯曼指出，即使沒有化上蒼白的吸血鬼妝，派汀森的面容都是蒼白和具掠奪性的，在冷酷的思想中傳遞他那具有節奏性信心[81]。
同年11月，《暮光之城：破曉Ⅱ》上映，全球票房高達八億美元，成為系列電影中最賣座的一部[82][83]。在爛番茄網站，基於174個評論獲得48%的評分，一致的意見指：「這是整個暮光系列中是讓人愉快的一部，可能會讓忠實粉絲滿意，但不足以讓其他觀眾感到值得一看[82]。」
2012年羅伯與多部電影洽談：5月和佳·皮雅斯為大衛·米奇歐的新片《絕命正義（英语：The Rover (2014 film)）》試鏡[84]；亦宣布在《Mission: Blacklist》（根據軍事質詢者艾瑞克·馬德克斯（英语：Eric Maddox）
同名的心理恐怖小說改編）中演出[85]（最終因檔期衝突退出）；8月，與娜歐蜜·華茲為韋納·荷索改編格特魯德·貝爾的傳記電影《沙漠女皇：燦爛年代（英语：Queen of the Desert）》試鏡[86][87]；11月，宣布與維果·莫天森及瑞秋·懷茲共同演出大衛·柯能堡的《寂寞星圖（英语：Map to the Stars）》，[88]。
2014-2019年：獨立電影時期
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羅伯出席2014年5月舉行的第67屆康城影展上電影《絕命正義（英语：The Rover (2014 film)）》的首映。
2014年5月，由羅伯主演的兩部電影於第67屆康城影展首映[89]，分別是入圍主競賽單元的
《寂寞星圖（英语：Maps to the Stars）》[90]，以及午夜放映單元的《絕命正義（英语：The Rover (2014 film)）》。
大衛·米奇歐導演的未來主義西部電影《絕命正義》[91]，同片還有佳·皮雅斯及史考特·麥奈利[92][93]，電影的首映於影展的比賽中脫穎而出[94]。演出一個天真的犯罪團隊成員，好評如潮。《綜藝雜誌》的Scott Foundas說：「派汀森是這部電影的最大驚喜，他體現出一種令人信服的南方口音，給這個可能容易被廉價情感效果所利用的角色帶來了低調的尊嚴」他進一步補充說：「他表現出無數深刻的敏感度與感受，這就是派汀森演技的重新定義[95]。」為《好萊塢報導》寫文章的陶德·麥卡錫寫道：「儘管角色本身有局限性，但派汀森的表演隨著電影的進展而變得更加有趣[96]。」替《IndieWire》撰稿的Jessica Kiang指，「派汀森的的表演確實比受影響的更有影響力[97]。」
再次與導演大衛·柯能堡合作的《寂寞星圖（英语：Maps to the Stars）》，講述對好萊塢過度嚮往、被腐敗所摧毀的黑色喜劇[98][99]。羅伯飾演的Jerome Fontana是名豪華轎車司機，也是一心想成為一名成功編劇而苦苦掙扎的演員。[100]。《每日電訊報》的Robbie Collin（英语：Robbie Collin）總結派汀森的表現為「迷人地飾演」[101]。
2015年2月，由羅伯主演的兩部電影於第65屆柏林影展首映，分別是入圍主競賽單元的
《沙漠女皇：燦爛年代（英语：Queen of the Desert (film)）》，以及《叛逆年代》。
由韋納·荷索執導，與妮歌·潔曼及占士·法蘭高合演[102][103]的《沙漠女皇：燦爛年代》。羅伯飾演有阿拉伯勞倫斯之稱的湯瑪斯·愛德華·勞倫斯。《獨立報》的Geoffrey Macnab形容「演出與彼得·奧圖（1962年電影《阿拉伯的勞倫斯》主演）相去甚遠。他所飾演的阿拉伯勞倫斯是個口齒尖銳的譏諷人物，能夠看穿他的老闆和同事的偽裝的人[104]。」；《好萊塢報導》的David Rooney稱他的角色為「簡要但重要」並得出結論指「他跟基嫚的情誼是有吸引力的[105]。」；《IndieWire》的Sam Adams說：「派汀森演繹真正的人物而獲得相對較高的分數[106]。」
安東·寇班執導的《叛逆年代》中講述《生活雜誌》的攝影師丹尼斯·史托克（英语：Dennis Stock）與演員占士·甸的友情[107][108]。電影獲得褒貶不一的影評，而羅伯因為他對攝影師的描繪而獲得了讚賞。《綜藝雜誌》的Guy Lodge稱他的表現「轉為狡黠」[109]。《Little White Lies雜誌（英语：Little White Lies (magazine)）》指派汀森的表演就像他的角色總是穿的白襯衫和黑西裝一樣乾脆利落，這是他對自己問題的一種慢慢地展開來的偽裝，添加顏色和改善整齣電影[110]。《好萊塢報導》的David Rooney指，可說是派汀森「最全面的表演」[111]」。
2015年9月，布拉迪·科貝特首次執導的電影《邪惡的養成（英语：The Childhood of a Leader (film)）》於第72屆威尼斯影展地平線單元首映，同片的有貝妮絲·碧祖及史黛西·馬汀[112][113]。他於電影中飾演雙重角色，一戰時期的德國記者Charles Marker，以及成年的Prescott。其中《衛報》的Peter Bradshaw稱其為「優雅」[114]；而《國際銀幕》的Lee Marshall形容為「優秀」[115]。
羅伯·派汀森在第65屆柏林影展的《失落之城》首映。
2016年10月，《失落之城》（派拉蒙影業及B計劃娛樂製作，改編自詹姆士·葛雷的同名小說）在第54屆紐約影展（英语：2016 New York Film Festival）首映[116][117]。羅伯為了飾演英國探險家亨利·海斯廷（Henry Costin）下士，蓄厚重鬍子和減重35磅[118]。《NBP》的Matt Neg稱他為「當今最好的演員之一[119]」。《布魯克林雜誌》的Keith Uhlich在他的評論中稱他為「微妙的場景竊取者[120]」；而《HeyUGuys》的Linda Marric發現他的演出是「微妙而精彩，令人印象深刻[121]」。
2017年5月，羅伯在薩夫迪兄弟（英语：Safdie Brothers）的新片《失速夜狂奔》飾演銀行劫匪康尼·尼克斯（Connie Nikas）[122]，他稱此片為一部「一部真正硬核的紐約皇后區、精神受損的精神病患者、銀行搶劫電影」[123]。該片於第70屆坎城影展首映[124]，而他的表現獲得評論家的一致讚揚。《綜藝雜誌》的Guy Lodge稱他的表現是他的「事業高峰[125]」；《Indiewire》的Eric Kohn稱之為「職業生涯最佳[126]」；而《好萊塢報導》的David Rooney把他與阿爾·帕西諾《熱天午後》的角色桑尼·華吉克（Sonny Wortzik）作比較，並稱「迄今表現最出色之作[127]」。羅伯也憑本片首次獲得獨立精神獎最佳男主角的提名。
2017年8月，在宣傳電影《失速夜狂奔》時，羅伯為《GQ》自編自導一段名為《恐懼與羞恥（Fear & Shame）》「羅伯·派汀森跟名聲和恐懼戰鬥以獲得紐約街頭熱狗」的短片。選在紐約街頭拍攝，講述羅伯購買熱狗同時需要在喧囂的城市中避開媒體和粉絲蜂湧的旅程[128][129][130]。《影音俱樂部雜誌》稱它為「離奇與令人愉快[131]」。而《IndieWire》稱「他有一個光明及閃閃發光的未來」[132]。
2018年，與《寂寞星圖》蜜雅·娃絲柯思卡再度合作的大衛·澤爾納（英语：David Zellner）西部喜劇《青春少女（英语：Damsel (2018 film)）》[133]，以及於科幻電影《黑洞迷情》[134][135]。此外，也將演出安東尼奧·坎波斯的《神棄之地》[136]，和喬安娜·霍格（英语：Joanna Hogg）分作兩部的浪漫神秘電影《紀念品》（2019年中因《蝙蝠俠》檔期衝突而退出該片）[137]。
2019年5月，由羅柏·艾格斯執導的黑白電影《燈塔》在第72屆坎城影展導演雙週單元放映。羅伯的演出讓他再次獲得了獨立精神獎最佳男主角提名。
同年9月，由羅伯主演的兩部電影於第76屆威尼斯影展首映，分別是入圍主競賽單元的
《等待野蠻人（英语：Waiting for the Barbarians (film)）》，以及與導演大衛·米許歐（英语：David Michôd）二度合作的《國王》。
2020年：回歸主流電影
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2020年8月，羅伯出演了《TENET天能》。
2022年3月，在歷經疫情停拍與延期後，《蝙蝠俠》正式上映。
2023年12月，《蒼鷺與少年》英語版上映。這也是羅伯首次為動畫電影配音。
原定在2024年上映的科幻電影《米奇17》（由奉俊昊編導，改編自愛德華·艾希頓2022年的小說《米奇7號》），目前宣布延期至2025年。