Ричард Сэмлер Бартелмесс родился 9 мая 1895 года в семье актрисы Каролины Харрис. Его мать в 1909—1917 годах снималась у Д. У. Гриффита, играла второстепенные роли в фильмах, где блистали Теда Бара и Мэри Пикфорд. А заодно преподавала английский недавно приехавшей в США Алле Назимовой.
В 1913 году Ричард вступил в Хартфорд Тринити-колледж. Через два года принял участие в съемках фильма кинокомпании «Хартфорд филм корпорейшн». Студия обанкротилась, но вскоре состоявшаяся встреча молодого Бартелмесса с Аллой Назимовой дала старт его кинокарьере. В 1916 году они вместе дебютировали в фильме «Невесты войны».
Короткометражка «Невесты войны» стала первым фильмом Ричарда Бартелмесса. Его игру признали удачной и Бартелмесс стал профессиональным актёром, получающим 50$ в неделю. Всего же в 1916 году Бартелмесс снялся в трёх фильмах. В одном из них он даже получил главную роль. В 1917 году Ричард Бартелмесс снялся в одиннадцати лентах. В нескольких из них заглавную роль играла Маргерит Кларк. 1919 год стал этапным для актёра. Его заметил Д. У. Гриффит и снял в нескольких своих картинах. Из восьми фильмов в пяти партнёршами Бартелмесса были сёстры Гиш. Особо удачной стала его роль в фильме «Сломанные побеги» с Лиллиан Гиш. Он создал образ прекрасного, благородного и скромного молодого героя. Такой не мог не понравиться публике. Ричард Бартелмесс стал считаться одним из самых красивых мужчин Голливуда. Его слава росла. В 1921 году он решил основать собственную кинокомпанию. Объединившись с известным режиссёром Генри Кингом и Чарльзом Х. Дюэлом, Бартелмесс основал «Инспирейшн пикчерс». Фирма выпустила одиннадцать фильмов, но окупились из них только два. Через шесть лет её пришлось закрыть.
Несмотря на это, Бартелмесс получил выгодный контракт, предусматривающий съемку трех картин в год. Во второй половине 1920-х зрителям запомнились его роли соседских парней: Никки Элкинса в «Западне», Джерри Ларраби в «Уставшей реке» и Дэвида Кэрролла в «Бремени».
В 1929 Бартелмесс cтал одним из двух первых номинантов премии «Оскар» на Лучшую мужскую роль. Но победителем стал Эмиль Яннингс.
Появление звука в кино лишило работы многих актёров. К счастью для Ричарда Бартелмесса, он в их число не попал. Хотя это новшество отразилось и на его творчестве. В начале 30х ещё не было молодых звёзд, способных составить конкуренцию Бартелмессу. А звук давал новые технические возможности. Актёр получил возможность создавать более сложные психологические роли.
Фильм «Тени к югу» рассказывает историю Марвина Блейка (Бартелмесс), юноши, которого ребёнком взял к себе в дом богатый плантатор. Выросший молодой человек становится объектом внимания дочери богача — Мадж. Партнёршей Ричарда стала недавно приехавшая в Голливуд Бетт Девис. В «Последнем полёте» Бартелмесс сыграл представителя потерянного поколения, а в «Современном герое» впервые для себя создал образ отрицательного героя. Но уже в середине 30х годов студия отказалась продолжить с ним контракт. Ещё несколько лет его приглашали на роли второго плана. Одной из них стал Бат МакФерсон, лётчик из картины «Только у ангелов есть крылья». Бартелмесс играл пилота, попавшего в ситуацию, которая стоила жизни его товарищу. Чувствуя себя виноватым, МакФерсон сменил имя и уехал в другую страну. Но там встретил родного брата погибшего. Он не смог загладить вину, но хотя бы примирил себя с самим собой. Его жену сыграла Рита Хейуорт, для которой это был дебют в фильмах категории А.
Последним фильмом актёр стал «Майор 44-й улицы», режиссёра Альфреда Грина. Бартелмесс ещё раз появится в эпизоде фильма ужасов «Звоночек» Уильяма Кастла, но это будет эпизод хроники и в титрах Ричард не значится.
В 1920 году Бартелмесс женился на танцовщице и актрисе Мэри Хэй. Она тоже снималась у Гриффита, и фильм «Водопад жизни» свёл её с Бартелмессом на одну съёмочную площадку. После свадьбы она снялась только в одном фильме — «Новые игрушки». Вместе с Бартелмессом они стали его продюсерами и сыграли главные роли. У Ричарда и Мэри родилась дочь, её назвали в честь матери. Но брак это не спасло. В 1927 году супруги расстались.
Но уже в следующем году Ричард Бартелмесс вновь женился. Его женой стала Джессика Стюарт Сарджент. Этот брак оказался удачным и продолжался до самой смерти Бартелмесса.
В 1942 году Бартелмесс, не имея контракта и новых предложений на съёмки, завербовался в Военно-морские силы США, где и прослужил до конца Второй мировой войны. В отставку вышел в звании капитан-лейтенанта. Благодаря мудрому вложению инвестиций в недвижимость, обеспечил себе безбедную жизнь.
Умер Ричард Бартелмесс в Саутгемптоне 17 августа 1963 года от рака горла. Похоронен на кладбище Ferncliff, в 25 милях севернее Манхэттена.
Две номинации на премию «Оскар» 1929 года за Лучшую мужскую роль в фильмах «Западня» и «The Patent Leather Kid».