Robert Rodríguez nait à San Antonio au
Texas. Il est le fils de parents américano-mexicains. Sa mère Rebecca (née Villegas) était infirmière et son père Cecilio G. Rodríguez, vendeur. Il commence à s'intéresser au tournage à l'âge de 7 ans lorsque son père achète un magnétoscope et une caméra.
En parallèle à ses études à la St. Anthony High School, il s'exerce en filmant sa famille et en en faisant de petits films. À cette période, il rencontre Carlos Gallardo, futur acteur et producteur de certains de ses films, avec qui il fait davantage de petits films. Après un diplôme au College of Communication de l'Université du Texas, il crée une petite bande dessinée, dont les personnages s'inspirent beaucoup de sa famille. Malgré tout cela, il n'arrive pas à intégrer une école de cinéma. Il parvient cependant à faire publier sa BD, Los Hooligans, dans le journal étudiant The Daily Texan durant 3 ans. Il continue également à réaliser de nombreux court-métrages.
Son court-métrage Bedhead, sorti à l'automne 1990, est récompensé 14 fois dans différents festivals. Trois de ses frères et soeurs font partie de la distribution du film, qui présente déjà tous les ingrédients de son style : un humour omniprésent, des mouvements de caméra rapides et nerveux ainsi que des zooms intenses.
En 1992, Rodríguez se fait connaître avec son premier long métrage,
El Mariachi, tourné en espagnol avec un budget de 7 000 dollars. En dépit du manque de moyens, le talent du réalisateur et l'originalité de la mise en scène contribuent au succès du film. Encouragé, Rodriguez s'attaque en 1995 à la suite/remake d'El Mariachi, intitulée
Desperado. Cette fois-ci, le réalisateur est soutenu par Columbia Pictures. C'est en partie grâce à ce film qu'
Antonio Banderas et
Salma Hayek se feront connaître du grand public.
En 1996, Rodriguez met en scène
Quentin Tarantino, qui faisait déjà une courte apparition dans Desperado, dans
Une nuit en enfer, un film déjanté avec
George Clooney et
Harvey Keitel. Deux ans plus tard, il s'essaie à la science fiction avec
The Faculty, interprété notamment par
Josh Hartnett et
Elijah Wood. Devenu plus ambitieux, et désormais en mesure de ne plus se contenter de petits budgets, Rodriguez crée en 2001 la société Troublemaker Studios, spécialisée dans les effets spéciaux, afin de réaliser différents films tels que la saga Spy Kids, toujours avec Antonio Banderas. Le premier opus de la saga,
Les Apprentis Espions, rapportera 100 000 000 de dollars.
En 2003, Rodriguez reprend le personnage du Mariachi avec Il était une fois au Mexique... Desperado 2, interprété à nouveau par Antonio Banderas et Salma Hayek, et avec
Johnny Depp et
Mickey Rourke.
En 2004, il compose quelques musiques pour Kill Bill volume 2 pour son ami
Quentin Tarantino. Selon la rumeur, il n'aurait été payé qu'un dollar. En contrepartie, Tarantino viendra une journée filmer une scène de Sin City, adaptation sur grand écran de la bande dessinée Sin City de
Frank Miller. Tourné en noir et blanc et retouché en numérique, le film de Robert Rodriguez et Frank Miller rencontre un énorme succès, soutenu par la présence de vedettes comme
Bruce Willis et Mickey Rourke.
Il renoue avec la science-fiction et les effets en 3D en 2005 pour un film dont son fils de 7 ans avait écrit le scénario,
Les Aventures de Shark Boy et Lava Girl.
En 2007, il co-réalise avec Quentin Tarantino le diptyque Grindhouse, dont sa partie
Planète Terreur est un hommage aux films de zombies. C'est à cette occasion qu'il rencontre
Rose McGowan, jusqu'à leur séparation en 2009. Dans ce film, il fait participer plusieurs membres de sa famille, notamment son fils Rebel qui joue le fils du docteur Dakota Block, ainsi qu'Electra et Elise Avellan ses nièces qui jouent les baby-sitters jumelles.
En août 2009, il sort un nouvelle comédie d'aventure familiale, Shorts. On y retrouve son fils Rebel, ainsi que
Jon Cryer,
William H. Macy et
James Spader. Le film ne sort pas dans les salles françaises.
En 2010, il produit le 3e volet de la saga Predator,
Predators. Puis il co-réalise avec
Ethan Maniquis le film Machete, adapté de sa fausse bande-annonce pour Grindhouse.
Il prépare ensuite le 4e film Spy Kids, Spy Kids 4: All the Time in the World, prévu pour 2011.