Роберт Патрик, старший из пятерых детей, родился в городе Мариетта, Джорджия в семье Надин и банкира Роберта Патрика-старшего. Его родные братья и сестры — Ричард (вокалист рок-группы «Filter»), Чери, Карен и Льюис.
Свою раннюю жизнь он провел в Вей Виллидж, штат Огайо. В 1977 году окончил школу «High Farmington» в Фармингтоне, штат Мичиган. Патрик увлекался легкой атлетикой и футболом в университете «Bowling Green State», но университет не закончил, когда он обнаружил интерес к актёрскому мастерству.
После окончания колледжа, Патрик получил работу в качестве маляра, и работал в этой должности до тех пор, пока в 1984 году на озере Эри не произошла трагедия. Роберт плавал в лодке вместе с братом Льюисом и его друзьями, и неожиданно лодка разбилась о камни. Им с трудом удалось спастись, а сам Роберт чуть не утонул. После трагедии он переехал из Огайо в Лос-Анджелес, в возрасте 26 лет. В первые годы проживания в Лос-Анджелесе он работал в баре. Жил Роберт в своем собственном автомобиле.
Карьера Патрика началась с небольших ролях в малобюджетных фильмах. До роли в фильме «Терминатор 2: Судный день», которая принесла ему успех, Патрик снялся в различных телефильмах. Также он появился в фильме «Крепкий орешек 2», в короткой роли О'Рейля, члена террористической организации.
В 1990 году он прошел кастинг на роль робота Т-1000 в «Терминаторе 2». Джеймс Кэмерон, режиссер фильма, сказал, что он выбрал Патрика на роль из-за его внешности, которая была необходима для роли. Эта роль стала успешной для Роберта.
После «Терминатора 2» Патрик снялся в различных фильмах, таких, как «Последний киногерой» (1993), «Огонь в небе» (1993) и «Стриптиз» (1996).
Впоследствии Роберт увлекся боевыми искусствами. Он снялся в двух фильмах про боевые искусства «Двойной дракон» и «Гонконг 97», вышедшие в 1994 году.
Его роль в «Огонь в небе» привлекла внимание создателя телесериала «Секретные материалы» Криса Картера. Так Роберту досталась главная роль агента Джона Доггетта. Брат Роберта, Ричард, написал музыку для саундтрека «The X-Files: Album». Роль Джона Доггетта, к удивлению многих, была воспринята в основном положительными отзывами от критиков и фэнов. Из-за успеха в сериале «Секретные материалы» Патрик несколько раз появлялся во многих журналах. Журнал «TV Guide» отметил его как одного из десяти самых сексуальных мужчин в жанре научной фантастики.
В 2000 году Патрик появился в трех эпизодах телесериала «Клан Сопрано» в роли Дэвида Сатино. Четыре года спустя он появился в пилотных эпизодах телесериала «Звёздные врата: Атлантида» «Пробуждение», состоящих из двух частей, в роли полковника вооруженных сил США Маршалла Самнера.
Также Патрик сыграл отца Джонни Кэша в фильме «Переступить черту» и отца Элвиса Пресли, Вернона Пресли в минисериале «Элвис». В октябре 2006 года он снялся в фильме «Морской пехотинец», в роли Рима. Он также появился в фильме «Мы — одна команда» в роли Рика Толли. На его счету также главная роль в эпизоде ??телесериала «Остаться в живых», а озвучка Мастера Пиандао в 3 сезоне мультсериала «Аватар: Легенда об Аанге».
Он также появился в музыкальном клипе Мита Лоуфа «Objects in the Rear View Mirror May Appear Closer than They Are» вместе с Уиллом Эстесом.
Во время съемок фильма «Терминатор 2: Судный день». Роберт познакомился с актрисой Барбарой Патрик. Впоследствии они поженились. У них есть двое детей — сын Самуил и дочь Остин (названа в честь полицейского, в которого превратился Т-1000 в фильме «Терминатор 2»).