پدرش شاعر، مجسمه‌ساز و نقاش بود و مادرش ویرجینیا آدمیرال نیز یک نقاش بود که مدت کوتاهی پس از تولد بابی از پدر او جدا شد. او در ایتالیای کوچک نیویورک برانکس بزرگ شد. وی به خاطر خجالتی بودن و جثه کوچکش به Bobby Milk معروف بود.
در ۱۰ سالگی اولین نقشش را در تئاتری در نقش شیر در جادوگر اوز بازی کرد ولی بعدا برای پیوستن به یک گروه خیابانی، تئاتر را کنار گذاشت. در ۱۶ سالگی بازی در نمایش خرس اثر چخوف، او را به دنیای بازیگری برگرداند تا او اولین چک دستمزدش را به عنوان بازیگر دریافت کند.
بابی پس از آموزش‌های لازم، کار حرفه‌ای خود را در زمینه بازیگری به طور نامنظم در برادوی و بعضا تبلیغات تجاری برای تلوزیون آغاز کرد. اولین نقش او در فیلم سه اتاق در
منهتن در سال ۱۹۶۵ بود که به عنوان سیاهی لشگر و به عنوان مشتری رستوران در یکی از سکانس‌های فیلم ظاهر شد و در همان سال موفق به دریافت پیشنهاد بازی در یک نقش کوچک در فیلم میهمانی عروسی شد.
آشانایی او با یکی از دستیاران برایان دی پالما برای او شانسی بود برای گرفتن اولین نقش اصلی در فیلم تبریکات محصول سال ۱۹۶۸ که با شکست همراه بود.
اولین موفقیت بابی در برابر دوربین با فیلم Bloody Mama در سال ۱۹۷۰ به دست آمد. این فیلم درهای ورود بابی را به هالیود گشود و او توانست به بزرگترین مرکز فیلمسازی جهان وارد شود.
موفقیت بزرگ بعدی دنیرو هنگامی بود که فرانسیس فورد کاپولا او را برای نقش دون کورلئونه جوان در فیلم پدرخوانده ۲ محصول ۱۹۷۴ انتخاب کرد. ارائه شخصیتی چند لایه در این فیلم با آن لهجه قوی و شیرین سیسیلی که نتیجه ساعت‌ها تمرین و مطالعه بود منجر به دریافت اولین جایزه اسکار برای بهترین بازیگر نقش دوم شد.
بابی برای اجرای نقشی در یکی از فیلم‌های ساخته اسکورسیزی که به یکی از بهترین فیلم‌های رابرت دنیرو تبدیل شد، روزهای زیادی را در تاکسی‌ها در نیویورک مینشست و رفتارهای رانندگان تاکسی را تماشا می‌کرد تا خود او در سال ۱۹۷۶ نقش ترویس بیکل را در فیلم راننده تاکسی ایفا کند.
فیلم بعدی او که از شاهکارهای مارتین اسکورسیزی می‌باشد در سال ۱۹۸۰ ساخته شد و اولین جایزه اسکار بازیگر نقش اول را برای او به همراه آورد. گاو خشمگین که بابی در نقش جیک لا موتا، یک مشتنزن وزن متوسط که بسیار قوی ولی احساسی و بسیار متزلزل می‌باشد.
بازی دنیرو بسیار روان و ساده و درعین حال قوی است. این سادگی در ارائه نقش باعث شده است که بسیاری از تماشگران او را در برابر هنرپیشگانی مثل آل پاچینو، برد پیت و دیگران هنرپیشه‌ای معمولی تصور کنند.
بخشی از آثار هنری رابرت دنیرو:
- سه اتاق در منهتن (ژان‌پیر ملویل - ۱۹۶۵)
- تبریکات (برایان دی‌پالما- ۱۹۶۸)
- جشن عروسی (برایان دی‌پالما، جان‌شید- ۱۹۶۹)
- سلام مادر (برایان دی‌پالما- ۱۹۷۰)
- مادر تمام عیار (راجر کورمن- ۱۹۷۰)
- خیابان‌های پایین‌شهر (مارتین اسکورسیزی ۱۹۷۳)
- پدرخوانده ۲ (فرانسیس فورد کاپولا- ۱۹۷۴)
- راننده تاکسی (مارتین اسکورسیزی ۱۹۷۶)
- نیویورک، نیویورک (مارتین اسکورسیزی- ۱۹۷۷)
- شکارچی گوزن (مایکل جیمینو- ۱۹۷۸)
- گاو خشمگین (مارتین اسکورسیزی- ۱۹۸۰)
- روزی روزگاری در آمریکا (سرجیو لئونه- ۱۹۸۴)
- چاقوی ضامن‌دار (دیوید. هیو. جونز- ۱۹۸۹)
- رفقای خوب (مارتین اسکورسیزی- ۱۹۹۰)
- تنگه وحشت (مارتین اسکورسیزی- ۱۹۹۱)
- داستان برانکسی (رابرت دنیرو- ۱۹۹۳)
- فرانکشتاین (کنت برانا- ۱۹۹۴)
- کازینو (مارتین اسکورسیزی - ۱۹۹۵)
- مخمصه (مایکل‌مان- ۱۹۹۶)
- آرزوهای بزرگ (آلفونسو کورئون- ۱۹۹۸)
- رانین (جان فرانکن هایمر- ۱۹۹۸)
- ماجراهای راکی و بولونیکل (دس مک‌آنو- ۲۰۰۰)
- مردان افتخار (جورج تیلمن جرارد- ۲۰۰۰)
- پانزده دقیقه (جان هرتزفیلد- ۲۰۰۱)
- زمان نمایش (تام‌دی - ۲۰۰۲)
- موهبت الهی (نیک هالم- ۲۰۰۴)
- افسانه کوسه (بیپ برگران، ویکی جانسون- ۲۰۰۴)
- پل سن لوئیس ری (مگ گوسکان- ۲۰۰۴)
- پنهان کن و بجوی (جان پولسون- ۲۰۰۵)
- چوپان خوب (رابرت دنیرو- ۲۰۰۶)
- یکشنبه شب دوست داشتنی (جاناتان گلازر- ۲۰۰۶)
- کشتن عادلانه (۲۰۰۸)
- ۲۰۰۹ حال همه خوب است
۲۰۱۰ ماشته
۲۰۱۰ استون
۲۰۱۱ راهنمای عشق ۳
۲۰۱۱ آدمکش ویژه
۲۰۱۱ نامحدود
۲۰۱۱ شب سال نو
۲۰۱۲ فلین بودن
۲۰۱۲ چراغ‌های قرمز
۲۰۱۲ کارمزدها
۲۰۱۲ دفترچه امیدبخش
۲۰۱۳ عروسی بزرگ
۲۰۱۳ فصل کشتن
۲۰۱۳ آخرین وگاس
۲۰۱۳ حقه‌بازی آمریکایی
۲۰۱۳ مسابقه کینه
۲۰۱۴ مردی با کیف
۲۰۱۵ کارآموز
۲۰۱۵ سرقت
۲۰۱۵ جوی
۲۰۱۶ دست‌های سنگی
۲۰۱۶ بابابزرگ کثیف
۲۰۱۶ کمدین