1960年，羅伯特·德尼羅到巴黎參加了壹家英語劇團的演出，因為查克霍夫的《熊》壹劇的巡回演出而獲得了他的第壹份收入，並從此開始了長達15年的巡回演出生涯。其間，他曾與演技表演學派的代表人物斯戴拉.阿德勒和李·斯特拉斯伯格壹同切磋表演技藝。
1963年，羅伯特·德尼羅迎來了首個電影角色，在布萊恩·德·帕爾瑪執導的喜劇電影《婚禮聚會》中出鏡，但該片直到1969年才上映。
1968年，羅伯特·德尼羅主演了由布萊恩·德·帕爾瑪執導的喜劇電影《帥氣逃兵》，飾演想盡壹切辦法逃避上越南戰場的士兵“喬恩·魯賓”，從此開始了他的大銀幕之旅。
1973年，羅伯特·德尼羅因在約翰·D·漢考克執導的劇情片《戰鼓輕敲》中飾演壹個頭腦不靈光的棒球手而受到美國觀眾的關註；10月14日，與哈威·凱特爾、大衛·普羅瓦爾主演了馬丁·西科塞斯執導的，表現紐約意大利移民生活的犯罪電影《窮街陋巷》上映，德尼羅在其中扮演在紐約意大利街區中混食的小流氓，為了出人頭地而不擇手段地打劫殺人，憑此角色獲得了紐約影評家協會的最佳男主角獎。
1974年，與阿爾·帕西諾、羅伯特·杜瓦爾、黛安·基頓等主演了由弗朗西斯·福特·科波拉執導的黑幫電影《教父2》，他飾演了性格復雜的青年時代教父“維托·柯裏昂”，由此獲得了第47屆奧斯卡金像獎最佳男配角。
1976年，羅伯特·德尼羅搭檔朱迪·福斯特，主演了由馬丁·斯科西斯執導的劇情片《出租車司機》，德尼羅飾演了歷經周折的平民加英雄式的出租車司機“拉維斯”，為了拯救壹個雛妓而大開殺戒。影片上映後受到歡迎，德尼羅在其中的朋克發式也引得美國年輕人仿效，德尼羅憑借此片獲得第49屆奧斯卡金像獎最佳男主角提名。
1977年，與麗莎·明尼裏攜手，出演了馬丁 斯科塞斯執導的愛情電影《紐約，紐約》，羅伯特·德尼羅飾演很會與人交流的小混混“多伊爾”。
1978年，羅伯特·德尼羅與克裏斯托弗·沃肯、梅麗爾·斯特裏普等主演了由邁克爾·西米諾執導的戰爭片《獵鹿人》，刻劃了從越戰中生還，但心靈惡夢不斷的鋼鐵工人“邁克爾”，因此角色獲得了第36屆美國電影電視金球獎、第51屆奧斯卡金像獎和第33屆英國電影和電視藝術學院獎最佳男主角提名。
1980年，羅伯特·德尼羅主演了根據前世界中量級拳王傑克·拉莫塔的真實經歷改編的傳記電影《憤怒的公牛》，他飾演的老拳擊手“傑克·拉莫塔”為他贏得了第53屆奧斯卡金像獎最佳男主角獎。
1983年，搭檔喬·斯特拉莫、傑瑞·劉易斯，主演了由馬丁·斯科塞斯執導的喜劇電影《喜劇之王》，羅伯特·德尼羅飾演壹直勇於追求自己夢想的脫口秀小演員“魯帕”，由此獲第37屆英國電影和電視藝術學院獎電影獎-最佳男主角提名。
1984年2月17日，與詹姆斯·伍茲、伊麗莎白·麥戈文、塔斯黛·韋爾德等主演的劇情片《美國往事》上映，羅伯特·德尼羅飾演有善惡感和正義感的黑道人物“面條”； 11月21日，羅伯特·德尼羅與梅麗爾·斯特裏普主演的由烏盧·格羅斯巴德執導的愛情電影《信是有緣》（又名《墮入情網》）上映，他刻畫了試用邦克威燃愛火的熱情與無奈的有婦之夫“法蘭克”。
1985年，羅伯特·德尼羅與喬納森·普雷斯、麥克·帕林等主演了由特裏·吉列姆執導的科幻電影《妙想天開》，其飾演電器修理工“達托”。
1988年，羅伯特·德尼羅搭檔查爾斯·格羅丁，主演了由馬丁·布萊斯特執導的犯罪喜劇《午夜狂奔》，飾演賞金獵人“傑克·沃爾什”。
1991年，與尼克·諾特、傑西卡·蘭格主演了由馬丁·斯科塞斯翻拍的驚悚懸疑電影《恐怖角》，德尼羅飾演了他首個反派角色—因強奸罪入獄十四年的“卡迪”。
1993年，羅伯特·德尼羅首次嘗試自導自演了犯罪電影《布朗克斯的故事》，影片聚焦紐約意大利裔街區，獲第50屆威尼斯國際電影節主競賽單元金獅獎提名。
1994年，嘗試轉型的羅伯特·德尼羅監制並出演了根據歐洲文學史第壹部科幻小說改編的科幻電影《瑪麗·雪萊的弗蘭肯斯坦》，盡管電影力求忠實於原作，但德尼羅的演出卻招致壹些影評人的批評。
1995年11月22日，羅伯特·德尼羅與莎朗·斯通合作出演的由馬丁·斯科塞斯的犯罪電影《賭城風雲》上映，在片中飾演了拉斯維加斯賭場大亨“薩姆·艾斯·羅思坦”； 12月15日，由邁克爾·曼自編自導的犯罪電影《盜火線》上映，羅伯特·德尼羅與阿爾·帕西諾再度攜手，飾演罪犯與警察。
1996年，與布拉德·皮特等主演了劇情片《沈睡者》（又名《豪情四兄弟》），羅伯特·德尼羅在片中飾演德高望重的神父“波比”。
1999年，羅伯特·德尼羅與比利·克裏斯托、麗莎·庫卓主演了由哈羅德·雷米斯執導的犯罪喜劇電影《老大靠邊閃》，飾演患有心理疾病的紐約黑社會老大“保羅”。
2000年6月24日，監制並主演的動畫喜劇電影《飛鼠洛基冒險記》上映，羅伯特·德尼羅在片中飾演了漫畫書中的“無畏大魔頭”； 10月6日，羅伯特·德尼羅搭檔本·斯蒂勒主演的喜劇電影《拜見嶽父大人》上映，其飾演了本·斯蒂勒的未來嶽父“本”。
2001年3月1日，與愛德華·伯恩斯、凱爾希·格蘭莫和艾弗利·布魯克斯聯袂出演的驚悚動作片《千鈞壹刻》上映，羅伯特·德尼羅在片中飾演負責偵破謀殺案件的警官“艾迪·弗萊明”； 羅伯特·德尼羅與愛德華·諾頓合作，主演的由弗蘭克·奧茲執導的動作片《大買賣》上映，其飾演了偷竊老手“尼克”。
2002年4月，羅伯特·德尼羅在紐約翠貝卡地區創辦了以發掘獨立電影為核心的“翠貝卡電影節”。
2003年，羅伯特·德尼羅獲得第32屆美國電影學會終身成就獎。
2004年9月10日，由畢鮑·鮑格朗、維姬·詹森、羅伯·萊特曼聯合執導的3D動畫片《鯊魚故事》上映，羅伯特·德尼羅為鯊魚黑幫的老大“裏諾”配音； 12月22日，羅伯特·德尼羅再次與本·斯蒂勒、達斯汀·霍夫曼合作，主演了喜劇電影《拜見嶽父大人》的續集《拜見嶽父大人2》。
2005年，羅伯特·德尼羅與達科塔·範寧主演了由約翰·波爾森執導的驚悚電影《捉迷藏》，飾演達科塔·範寧的父親“大衛”。影片上映3天，票房即達到2200萬美元。
2006年，羅伯特·德尼羅繼《布朗克斯的故事》後，執導了其第二部電影《特務風雲》，把中央情報局創始人之壹愛德華·威爾遜的故事搬上了銀幕。
2007年，羅伯特·德尼羅與米歇爾·法伊弗、查理·考克斯等主演了由馬修·沃恩執導的魔幻電影《星塵》，飾演外表冷酷無情的太空海盜“莎士比亞船長”。
2008年9月12日，羅伯特·德尼羅與阿爾·帕西諾繼《盜火線》後再次攜手合作，主演了由瓊·阿弗內特執導的《正義殺戮》，飾演綽號“老頑童”的警察“托馬斯·考萬”； 10月17日，與西恩·潘、布魯斯·威利斯主演的諷刺喜劇《即時發生》上映，羅伯特·德尼羅飾演壹個江河日下的制片人“本”。
2010年，繼2001年合作《大買賣》後，羅伯特·德尼羅與愛德華·諾頓再次合作，並攜手米拉·喬沃維奇，主演了約翰·卡蘭執導的驚悚劇情片《危獄驚情》，飾演即將退休的假釋官“傑克·梅伯裏”； 12月22日，由保羅·韋茲執導的喜劇電影《拜見嶽父大人3》上映，本·斯蒂勒飾演的可憐女婿“格雷格”歷經嶽父羅伯特·德尼羅的各種誤解和秘密任務等考驗後終於得到認可。
2011年1月16日，羅伯特·德尼羅獲得第68屆美國電影電視金球獎終身成就獎； 3月18日，羅伯特·德尼羅與布萊德利·庫珀、艾比·考尼什聯袂主演的驚悚電影《永無止境》上映，飾演了華爾街大亨“卡爾·範·魯恩”； 9月23日，和傑森·斯坦森、克裏夫·歐文主演的犯罪動作電影《殺手精英》上映，羅伯特·德尼羅飾演傑森·斯坦森的特戰導師“亨特”。
2012年11月16日，由大衛·O·拉塞爾執導，布萊德利·庫珀，詹妮弗·勞倫斯主演的愛情喜劇電影《烏雲背後的幸福線》上映，羅伯特·德尼羅在片中飾演布萊德利·庫珀嗜好賭球的老爸。
2013年9月13日，羅伯特·德尼羅與米歇爾·菲佛、迪安娜·阿格隆領銜主演的由呂克·貝松執導的動作喜劇片《別惹我》，其在片中飾演了難纏且恐怖的黑幫家庭老家長“弗萊德”； 11月1日，搭檔摩根·弗裏曼、邁克爾·道格拉斯、凱文·克萊恩主演的喜劇電影《最後的維加斯》上映，羅伯特·德尼羅飾演倒黴蛋“派迪”。
2015年，羅伯特·德尼羅與安妮·海瑟薇主演了喜劇電影《實習生》，飾演退了休但人脈強大的實習生“本·惠特克”。