Nació el 4 de abril de 1965 en Nueva York, Estados Unidos y con tan solo cinco años realizó su primer trabajo en la película Pound, dirigida por su padre, Robert Downey Sr. El actor transcurrió su infancia rodeado de sets, debido a la labor de su padre, por lo que era esperado que se interese por el mundo del cine.

En 1983 le llegó su primera oportunidad en Hollywood con el film Baby It’s You. Dos años después fue incluido en el legendario show Saturday Night Live, donde realizó una serie de personajes distintos.

A principios de los noventa Downey fue seleccionado para interpretar al gran cómico Charlie Chaplin en la película Chaplin, que narra la biografía del personaje. Y gracias a este trabajo fue sumamente alagado por la crítica. A lo largo de la década, el actor participó en diferentes éxitos como Natural Born Killers, U.S. Marshals y The Fugitive. Pero en el ámbito privado Downey estaba atravesando su peor momento, debido a su adicción a las drogas. Estuvo preso por más de un año por posesión de sustancias ilegales y ha tenido varios problemas con la ley por violación a la libertad condicional.

A fines de los noventa el actor se internó en un centro de rehabilitación que lo mantuvo resguardado hasta el 2002. A partir de allí se mantuvo limpio y pudo comenzar a reconstruir su carrera como artista. En 2005 estrenó la comedia negra Shake Shake Bang Bang, en la que encarnó a un ladrón fracasado que se une a un detective (Val Kilmer) para resolver diferentes casos.  También trabajó en A Scanner Darkly y Fur, junto a Nicole Kidman.

En 2006 fue seleccionado para asumir el papel principal del millonario inventor de armas Tony Stark en Iron Man, versión cinematográfica del comic de Marvel. La película fue un gran éxito y Downey se convirtió en uno de los actores más cotizados de Hollywood. Luego llegó la serie de films de Sherlock Holmes, en las que interpreta al famoso detective, pero con un agregado marcadamente seductor.

Este año se estrenó su último gran trabajo: The Avangers, donde volvió a interpretar a Iron Man en la historia que reúne a los más conocidos superhéroes de Marvel. El film logró superar a Titánic y Avatar y se convirtió en la película con mayor recaudación a nivel mundial.